Wojska rzymskie liczyły około 50 tysięcy, Galów w otoczonej Alezji było ponad 90 tysięcy, zaś odsiecz galijskiego „pospolitego ruszenia” sięgała (według przekazów rzymskich) aż 250 tysięcy. Tę dysproporcję sił w dużym stopniu równoważyło lepsze wyszkolenie i uzbrojenie legionistów rzymskich, jak również stworzone linie fortyfikacji, opasujące oblężone miasto. Głównymi elementami tych linii były palisady z wieżami obronnymi oraz rowy chronione zaostrzonymi palami lub wypełnione wodą.

Przez kilka dni obie armie galijskie przeprowadzały zsynchronizowane ataki z zewnątrz, jak i z samej Alezji na umocnienia rzymskie, jednak bezskutecznie. Największe ostatnie uderzenie 60 tysięcy wojowników z armii „zewnętrznej” połączone z jednoczesnym atakiem obrońców zdołało przełamać zewnętrzne linie umocnień i wedrzeć się w głąb obrony Rzymian. Ostatecznie i tym razem Galowie zostali jednak odrzuceni przez piechotę Cezara wspieraną przez jazdę germańską (rzekomo wpadli w panikę na widok czerwonego płaszcza Cezara, który osobiście interweniował w bitwie). Starcie zakończyło się wielkimi stratami po stronie Galów, siły odsieczy poszły w całkowitą rozsypkę. Wercyngetoryks stracił wówczas nadzieję na zwycięstwo.