Выйдя из Полоцка во главе мощной, не менее 3000 воинов, дружины, усиленной тысячью городского ополчения и небольшим отрядом оставшихся с ним половцев, князь Всеслав медленно двинулся по глубокому снегу навстречу дружинам Ярославичей. Воинственный князь Всеслав надеялся добыть победу во встречном бою.

Войска русских князей сошлись в битве на льду реки Немиги 3 марта 1067 года. Дружина Великого князя Изяслава Ярославича наступала в центре, черниговские полки заняли правый фланг. На левом сражались дружины отца и сына, князей Всеволода и Владимира. Битва на Немиге была одной из кровопролитнейших битв раннесредневековой Руси. В многочасовой встречной битве сошлись дружины и ополчения 4 князей.

Автор «Слова о полку Игореве» через сто с лишним лет вспоминал о далекой и трагичной для Руси битве: «На Немизе снопы стелют головами, молотят чепи харалужными, на тоце живот кладут, веют душу от тела. Немизе кровави брезе не болохом бяхуть посеяни, посеяни костьми русских сынов».

Киевляне приняли первый удар, тогда как полки правой и левой рук обошли войско князя Всеслава с обеих сторон и обрушили свои силы на фланги. В тяжелой битве лицом к лицу пали сотни, возможно, более 1—2 тысяч воинов. Победа дружин Великого князя была полной. Большинство воинов князя Всеслава, раненных в битве, были добиты после нее.

Князь Всеслав бежал с поля битвы в Полоцк, заперся в городе и сразу же выслал к Ярославичам послов, обещая прекратить войну, отказаться от своих притязаний и прося мира. 10 июля 1067 года, заверив князя Всеслава крестным целованием в его безопасности и встретив его с объятиями на берегу Днепра, они отдали приказ пленить Всеслава в шатре, что и было исполнено. Всеслав с двумя сыновьями был связан, его немногочисленная охрана перебита.