Po zakończeniu narady, w nocy z 3 na 4 września, Sobieski opracował własnoręczny plan bitwy. Środek szyku miał składać się z wojsk cesarskich, prawe skrzydło z Polaków, a lewe z posiłków niemieckich wspartych kilkoma chorągwiami jazdy polskiej. W pierwszej linii miała znajdować się piechota z działami, w kolejnych zaś kawaleria.
Koncentracja sprzymierzonych dokonała się jednak dopiero 8 września pod Tulln, znajdującym się ok. 40 kilometrów na północny-zachód od Wiednia. Przypomnijmy, że oddziały polskie liczyły łącznie ok. 21 tysięcy żołnierzy. Cesarskie zaś 18,5 tysiąca (10,5 tysiąca jazdy i 8 tysięcy piechoty) i 70 dział. Siły niemieckie składały się z 22 tysięcy piechoty i 6,5 tysiąca jazdy, a także z 54 dział. W sumie więc sprzymierzeni mieli do dyspozycji ok. 68 tysięcy żołnierzy (37 tysięcy piechoty i 31 tysięcy jazdy) oraz 152 działa. Wojsko było gotowe do rozpoczęcia operacji odsieczowej.
Sytuacja w oblężonym mieście i pierwsze działania połączonej armii
Dowódcą obrony Wiednia był doświadczony generał Ernst von Starhemberg. Miał on do dyspozycji ok. 16 tysięcy obrońców. Na początku jego oddziały odnosiły sukcesy, skutecznie przeszkadzając Turkom w zdobyciu miasta. Później jednak w samym mieście zaczęły rozprzestrzeniać się choroby, m.in. dezynteria. Pod koniec sierpnia umierało na nią ok. 50–60 osób dziennie. Tymczasem żołnierze Kara Mustafy zdołali umieścić pod murami Wiednia ładunki wybuchowe. Jest rzeczą oczywistą, że gdyby nie działania armii odsieczowej, to eksplodowałyby one w ciągu kilku dni, umożliwiając łatwe zdobycie miasta.
Wielki wezyr wiedział o nadciągającej armii odsieczowej. Postanowił przeciwstawić jej ok. 65 tysięcy żołnierzy, przeważnie jazdy. Chociaż dorównywali oni sprzymierzonym liczebnością, to jednak znacznie ustępowali im wartością bojową. Konie tureckie były osłabione wskutek braku odpowiedniej paszy, a duch bojowy tych oddziałów został też nadwątlony wskutek wysokich strat poniesionych podczas oblężenia Wiednia. Jakby tego było mało, powszechnie oburzano się na zarządzenie Kara Mustafy, nakazujące płacić daninę od wziętych łupów.
Tymczasem sprzymierzeni dnia 9 września rozpoczęli przemarsz przez Las Wiedeński. Przodem szła piechota, na której barki spadł ciężar usuwania mnóstwa zwalonych drzew. Za nią maszerowała kawaleria i artyleria. Wojska posuwały się bardzo powoli. Z dotychczas niewyjaśnionych przyczyn w stworzonym przez Sobieskiego planie bitwy nastąpiła istotna zmiana: wojska austriackie znalazły się na lewym skrzydle, a posiłki z Rzeszy obsadziły centrum. Przemarsz całej armii przez Las Wiedeński trwał dwa dni.
Bitwa pod Wiedniem - początek
12 września 1683 roku nad ranem wojska sprzymierzonych znajdowały się już w pobliżu wzgórz okalających stolicę Austrii od strony Lasu Wiedeńskiego. Oddziały tureckie, mające odeprzeć atak armii odsieczowej, stacjonowały bardzo blisko. O godzinie 4 rano na wzgórzu Kahlenberg rozpoczęła się msza celebrowana przez Marka d’Aviano. Według tradycji król Jan III nie tylko w niej uczestniczył, ale też służył do niej jako ministrant. W jej trakcie miał też podobno pasować na rycerza swojego syna Jakuba.
Niedługo potem do natarcia ruszyła piechota sasko–austriacka. Po zaciętej walce przebiła się przez pierwsze zastępy Turków. Wzdłuż Dunaju zaatakowała kawaleria habsburska wzmocniona przez jazdę saską. Na jej czele znajdował się polski regiment dragonii w służbie cesarskiej pod wodzą Kazimierza Königsegga. W krwawej walce poniósł on ciężkie straty. Poległ jego dowódca, któremu cios szabli rozpłatał czaszkę. Pomimo tego jazda posuwała się powoli w kierunku Wiednia.
Podobnie było z piechotą cesarską. Przystawała ona co kilkadziesiąt kroków dla oddania salwy i nabicia broni. Prowadzone w jej szykach lekkie działa ostrzeliwały przeciwnika, jednakże Turcy twardo bronili każdego nasypu i wykonywali groźnie kontrnatarcia. Oddziały Kara Mustafy stawiały opór na centralnym odcinku, gdzie – jak wiemy – znajdowały się oddziały z Rzeszy. Około godziny 13 oba skrzydła – środkowe i lewe – zrównały się, tworząc jednolity front. Teraz czekano już tylko na pozostających nieco w tyle Polaków.
Ruszyli oni przed godziną 6 rano. Pierwsze z obozu wyszły brygady piechoty. Dużą rolę odgrywały w nich lekkie działa, które skutecznym bombardowaniem spędzały Turków z zajętych pozycji. Sam marsz był jednak bardzo trudny ze względu na poukrywane w zalesionym terenie pojedyncze grupki wojsk Kara Mustafy.