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6月24日凌晨，拿破仑三世下令全军向明乔河进发，其行军顺序从北到南依次是：撒丁军第1师、第 2师，法国第1军、第2军、近卫军、第4军、第3军。联军饱餐一顿后，于凌晨2点开始分别行动。之所以选择在黑夜里动身，是为了避开白天的高温，好尽量在比较凉爽的时段里尽量赶路。这样的安排带来了一个意想不到的结果，当法国人猝然和奥军相遇时，后者正准备埋锅造饭，于是和在马真塔一样，奥地利人又一次空着肚子打仗。
苏法利诺战役不是任何高明战略的结果，两支军队几乎是在毫无准备的情况下相遇的，这片战场也缺乏侧翼包抄的余地，交战进程是典型的狭路相逢勇者胜。由于一方是分路进军，另一方是全线布阵，最后交战双方在苏法利诺战场的北、中、南三处分别展开厮杀，具体对阵如下：
北面战场：围绕着圣马蒂诺，奥地利第8军加上第5军一部，在7.2公里的正面上对抗撒丁军的8个旅，大致是奥军28500人、88门大炮对战撒丁军38700人、80门大炮。
中路战场：位于苏法利诺和卡夫里亚纳之间。奥军的3个军在2.3公里正面上受到法军3个军的冲击，奥军46700人、164门大炮对战法军55300人、144门大炮。
南面战场：围绕着梅多尔，奥军3个军和法军1个军（以及赶增援来的另一个军）交战，交战正面3.6公里，奥军53900人、177门大炮对战法军21000人（增援后增至36700人）、96门大炮。
在苏法利诺及其周边地区，卷入交战的大军规模达到了25万人，这是自1813年莱比锡会战以来欧洲大陆上最大规模的交战，也将为持续两个月的1859年意大利北部战争画上句号。由于出现在战场上的有两个皇帝和一个国王，因此这场战役也被称为“最后的三皇会战”。欧洲上一次三皇会战发生在1805年的奥斯特里茨，那一次，拿破仑打败了俄国沙皇和奥地利皇帝。
6月24日清晨第一声枪响传来时，拿破仑三世正在基耶塞河东岸的蒙特奇亚洛，听到突然响起的枪声，他当即登上马车驰往前线。途中，侍从们陆续送上的报告表明，一幅大会战的壮阔画卷正在他的前方徐徐展开。拿破仑三世很快赶到了曾是第2军指挥部所在地的卡斯蒂格里奥内，登上当地的一座教堂钟楼察看战况。蓝色的加尔达湖在晨光中泛着波光，明乔河河谷在薄雾下若隐若现，苏法利诺接近地的陡峭坡地郁郁葱葱，所有这一切都被法国皇帝看在眼中。
拿破仑三世向身边的部队做了一番动员：“我不需要刺激你们的热情，我们无疑将沿着蒙多维、马伦哥、洛迪、卡斯蒂格里奥内、阿科拉和里沃利走向新的胜利……在战斗中紧密保持队形，不要抛弃你身边的战友。不要过于猛进，这是我对你们唯一的要求。敌人所谓精确射击的武器只在远距离上才有些用处，它们和所有出现过的武器一样，都无法阻挡法国步兵的可怕力量……”
在1859年的意大利战局中，奥地利将军们收获的评价普遍不高，但也有一个例外，那就是第8军军长路德维希·冯·贝内德克将军。此人精力过人，拥有敏锐的判断力，其部队在梅莱尼亚诺的顽强防守几乎成了战争爆发以来奥军唯一的亮点。但遗憾的是，贝内德克和他的第8军在苏法利诺战役中处在北翼这样一个次要位置上，没能对战役进程发挥更重要的作用。
奥军第8军军长路德维希·冯·贝内德克
在北面战场圣马蒂诺，撒丁军队的几支主力部队——吉奥瓦尼·杜兰多（Giovanni Durando）的第1师、菲力贝·莫拉德（Philibert Mollard）的第3师、库奇亚罗尔（Cucchiarl）的第5师轮番与奥军展开了交战。但撒丁军3个师分路发起的协同不佳的进攻，虽然激烈却无多大进展，因此有人批评撒丁国王埃曼纽埃尔二世“终日忙于观看法军的进攻”，没有在有效集中指挥自己的军队方面恪尽职守。
6月24日早上5点30分，撒丁军队的其中一路——杜兰多第1师的前卫部队到达圣马蒂诺西南面的小村马多纳·德拉·斯科佩塔（Madonna della Scoperta），意外发现那里到处都是奥地利人（属于第5军一部）。短暂接战后，杜兰多第1师的前卫部队沿公路退往罗纳托方向。而在罗纳托的第1师主力在早上7点过后动身，用了足足5个小时才进至马多纳·德拉·斯科佩塔，那时村中的奥军受到中路主力失败的影响已经主动撤退了。
早上7点30分，库奇亚罗尔的第5师在庞蒂赛罗（Ponticello）和奥军第8军接战。第8军军长贝内德克把他7个旅中的4个投入交战，成功将撒丁军逼退了4公里，进占圣马蒂诺及周边高地。圣马蒂诺附近的丘陵地带起伏绵延，高度在20—30米之间，属于易守难攻之地，因此撒丁军队即使最后占有2.5万人对2万人的数量优势，却猛攻终日而难以得手。皮埃蒙特旅一个接一个地发起轮番进攻，但都在圣马蒂诺山地的斜坡面前碰得头破血流。
再次证明自己能力的贝内德克，直到收到奥军在苏法利诺战败的消息才主动率军后退。他安排的后卫部队一直阻击撒丁军到晚上9点左右，为第8军主力从容不迫地撤离战场提供了有力保障。25日凌晨3点过后，贝内德克麾下部队全部渡过明乔河。
圣马蒂诺的战斗结束后，双方都认为自己是获胜一方。撒丁军队在这一天的战斗中蒙受了691人战死、3572人负伤、1258人失踪的损失，人员折损率占到全军总数的20%，是当日三支参战军队中战损率最高的。而贝内德克的第8军在北翼战场损失了2615人，在奥地利人战况极为惨淡的这一天里，第8军力抗撒丁军队的表现是其唯一的亮点。
战斗在苏法利诺战役北翼战场的撒丁军队
中路和南翼的战斗，则完全有别于北翼战场撒丁军队被奥军狠狠压制的场面，法军和奥军的对抗十分激烈。法军部署在自己右翼，也就是战场南翼的部队是第3军和第4军，这两个军原打算在梅多尔会合，但因推进时步调并不一致，开战后没能很快形成协同。
由康罗贝尔元帅指挥的第3军位置较为靠后，当拿破仑三世在24日凌晨发出行军命令后，他的部队首先得渡过基耶塞河。第3军在凌晨2点30分出发，顺利从工兵搭起的浮桥过河后，全军以雷诺（Renault）第1师打头，儒勒·特罗舒（Jules Trochu）第2师和夏尔·丹尼斯·布尔巴基（Charles Denis Bourbaki）第3师跟进的顺序进军，全军队列长达11公里。
早上7点过后，康罗贝尔的部队在战场最南边的戈夫雷多堡击退一队奥军轻骑兵，然后向北面转进，于早上9点15分开始接近梅多尔。就在这时，康罗贝尔听到东面更远的地方传来了交战声，随后在第4军军长阿道夫·尼尔（Adolphe Niel）将军派来的求援信使口中，得知第4军已经在梅多尔以东的古伊迪佐洛（Guidizzolo）和“优势敌军”接战。
康罗贝尔立即招来自己的骑兵师师长巴尔图诺（Partouneaux）少将，让他带领全部骑兵——2个枪骑兵团和2个轻骑兵团驰援第4军。康罗贝尔原打算派出更多援军，但战场南面出现的一片烟尘令他不安，当地父老声称那是前一天就到达的奥地利军队。手里已经没有骑兵的康罗贝尔无法证实这一说法，只能在骑兵师之外再派出雷诺第1师的一半力量前去支援尼尔。
至于尼尔的第4军，在这天早上向梅多尔进发的过程中以德·吕齐（de Luzy）的第1师打头，后面依次跟着德·罗西福特（de Rochefort）的骑兵旅、约瑟夫·维诺伊（Joseph Vinoy）的第2师和军属炮兵队，最后是德·费利（de Failly）的第3师。第4军的部队受到及腰深的灌溉渠阻碍而行进缓慢，不过尼尔并不着急，因为据称原本驻扎在梅多尔的一支“规模不大”的奥军部队正在撤退。
结果到达梅多尔外围时，第4军却突然迎头撞上了大股奥军，对方不仅有第9军的主力，还有第3军的人马。在上午的交战中，奥军第11军5个旅中的4个亦加入到梅多尔战场，导致尼尔的7个旅最困难时要对抗奥军12个旅。尽管如此，法军仍在度过最初的慌乱后逐步稳住了战线，甚至在某些地方击退了敌人。
对法军来说幸运的是，南翼战场上的奥军主官——第9军军长沙夫斯格茨切将军并没有看出全力夺取梅多尔的重要性，他没有不遗余力地使用自己的5个步兵旅，也没能有效协同第3军和第11军的增援，导致双方在此地的交战拖延了6个小时。
在康罗贝尔第3军到达之前，尼尔果断地朝己方战线上的薄弱位置投入了包括军属炮队在内的炮兵力量，奥军对这一地段的多次冲击都被42门线膛炮的猛烈射击所阻。法军炮兵在梅多尔战场上发挥了重要作用，尼尔后来写道：“正是炮兵使我们一直拥有无可争辩的优越性。”在炮兵的掩护下，法军步兵勇气倍增，“当数量占优的敌人夺下一处阵地时，我就用预备营组成反击队，结果用刺刀夺回的地方，比用步枪失去的地方还多”。
取代传统铜制前装滑膛炮的线膛炮，可以把4公斤重的开花弹投掷到最远3公里外的地方，给敌人造成重大杀伤。第二次意大利独立战争刚拉爆时，茂盛的植被和密集的耕作区阻碍了法军线膛炮的发挥，而苏法利诺以南的梅多尔地区不一样，这里地势平坦开阔，正是理想的炮击场所。通过不断向前推进炮位，法军炮兵以猛烈的火力持续打击着奥军步兵，扫荡所见的一切。奥地利人试图冲击法军的炮位，但他们能够攻到的最远位置离法国大炮还有180米远，足见法军线膛炮的火力之猛——要知道在拿破仑战争时期，进攻一方席卷对方炮队乃是司空见惯之事。
相比之下，奥军炮兵仍在使用老式的滑膛炮，其发射效率和准度无法和法军线膛炮相比，更不用说由于缺乏挽马这些火炮很难在战场上按需要机动。奥地利人还装备有射程达到1200米的火箭，但是这种理论上可以密集射击的武器在当日交战中的主要作用，就是惊吓奥地利自己的步兵。
南翼战场是苏法利诺战役三处战场中最适合骑兵运动的地方，而奥军在骑兵数量方面显然占据着优势。不过在法军持续而精准的炮兵火力打击下，奥地利骑兵平日在演习场上令外国武官称羡的策马冲锋，在此战中根本施展不出。
虽然南翼战场和北翼战场一样，都不是苏法利诺战役的主战场，但法奥两军在梅多尔——古伊迪佐洛一线的冲突仍是极为激烈的。不少奥地利步兵打出了180发子弹，这是个人标准携带量的3倍之多，在那个时代是个令人震惊的弹药消耗量。法军的基干军官伤亡严重，如第4军第3师第2战列步兵团第3营的6个连长非死即伤；第3师第55战列步兵团的团长马勒维尔（Maleville）上校在高举团旗策马冲锋时头部中弹而死，他的部下只能挥舞着刺刀试图为他报仇，因为全团的所有弹药都打完了。
法军第3师第55战列步兵团的团长马勒维尔上校之死
战斗进行到下午3点时，第3军军长康罗贝尔认为南面的那些烟尘并非来自敌军，于是感到侧翼安全的他又把雷诺第1师的另一半派去支援尼尔。得到加强的法军第4军逐渐稳定住了战线。一小时后，康罗贝尔又派去了特罗舒第2师的第1旅。得到这支生力军后，尼尔发动了一次有6个营参加的反击，这极大地挫伤了奥军的士气。
特罗舒第2师的军官们领教了奥地利猎兵高效猎杀的厉害。“我们几乎没办法跑过150米到200米远，荆棘、玉米田、深深的犁沟，这些都不算什么，可怕的是子弹就从我们耳边呼啸而过。”康罗贝尔身边的一名参谋军官布尔利（Bourelly）也参与了此战，他“被子弹足足追赶了5分钟”，最后腿部中弹，战马也被打死。第二天早上，他的军长康罗贝尔到战地医院探望他，满脸讨好地说：“呃，布尔利，昨天对你来说是太辛苦了吧？”
最后，康罗贝尔把手里最后一支部队——布尔巴基第3师也投入了交战，这个时候奥地利人已经开始败退了。在南翼作战的奥军损失了9796人，而法军的损失是660人战死、4012人负伤、566人失踪，差不多是奥地利人的一半。