Jumlah askar yang terlibat masih lagi diperdebatkan oleh para sejarawan, tetapi tentera Byzantine melebihi tentera Islam dengan nisbah 2 kepada 1. Tapi sesetengah anggaran agak sukar untuk dipercayai. Terdapat dakwaan yang tentera Rom mempunyai 400 ribu orang yang mana mustahil kerana sewaktu mereka berperang dengan kerajaan Pars, Heraclius cuma dapat mengumpulkan seramai kira-kira 40 ribu orang. Jika pengambilan askar berjalan selama setahun, tentera Rom tidak akan dapat membawa lebih ramai askar daripada jumlah tersebut.

Tentera Arab mempunyai kekuatan seramai 15 ribu orang semasa pengepungan Emesa. Tentera Arab turut dibantu oleh pasukan dari Palestin dan bantuan dari Semenanjung Arab. Jadi, mereka mungkin mempunyai kekuatan seramai 20 hingga 25 ribu orang.

Hari pertama

Panglima tentera Byzantine ialah seorang jeneral berbangsa Armenia yang bernama Vahan. Beliau menggunakan tentera berkuda ringan Ghassan sebagai pasukan peninjau. Infantri Armenia berada di tengah pasukan diikuti infantri askar upahan berada di sebelah kiri manakala infantri Yunani di sebelah kanan. Pasukan infantri Rom terdiri daripada askar peninjau dan askar penyerang jarak dekat. Setiap daripada kumpulan ini dibantu oleh barisan tentera berkuda.

Panglima perang bagi tentera Islam ialah Abu Ubaidah Al-Jarrah tetapi beliau membenarkan Khalid untuk memimpin pertempuran ini. Khalid membahagikan infantrinya kepada empat kumpulan, tiga skuadron tentera berkuda di belakang mereka dan kumpulan tentera berkuda yang lebih besar sebagai pasukan simpanan. Tentera Arab mempunyai perisai yang ringan tetapi mempunyai mobiliti yang tinggi.

Tentera Rom ialah sebuah tentera yang terdiri daripada pelbagai bangsa dan agama. Tetapi tentera Arab mempunyai satu agama yang sama dan terdiri daripada etnik yang sama. Jadi, tentera Islam mempunyai kelebihan dari segi moral. Kedua-dua pihak menganggap dataran di Yarmuk sangat sesuai. Tentera Rom bergantung kepada jumlah askar mereka manakala tentera Arab pula merasakan bahawa mobiliti mereka merupakan kekuatan mereka.

Pada hari pertama, pahlawan elit dan handal dari kedua-dua pihak bertempur terlebih dahulu dan dikatakan tentera Islam memenangi kebanyakan pertempuran tersebut dan membunuh ramai pegawai musuh. Pada waktu tengah hari, Vahan menghantar satu per tiga infantrinya untuk melakukan peninjauan. Mereka berjaya memaksa sebahagian tentera Arab untuk berundur. Tetapi kebanyakan daripada mereka diarahkan untuk tidak melakukan serangan, jadi kejayaan ini tidak bertahan lama. Akhirnya, unit-unit tersebut kembali ke kedudukan asal mereka.

Hari kedua

Semasa tentera Islam sedang menunaikan solat subuh, tentera Byzantine melakukan serangan. Rancangan Vahan adalah untuk menghalang bahagian tengah tentera musuh dan menggunakan kelebihan askar yang ramai di bahagian sayap musuh. Selepas bertempur dengan agak lama, tentera Byzantine dapat menembusi sayap kiri dan musuh mereka terpaksa berundur ke dalam kem. Sumber-sumber menyatakan pengikut dan isteri kepada askar tentera Islam yang berjuang turut bersama mempertahankan kem itu sekali gus memaksa tentera Byzantine untuk berundur. Tentera Arab turut terpaksa berundur di sayap kiri. Tetapi, tentera Islam akhirnya dapat menguasai kembali kebanyakan kawasan yang tumpas kepada tentera Byzantine tadi selepas Khalid mengetuai tentera berkudanya ke kawasan tersebut. Perancangan tentera Byzantine telah gagal selepas pasukan simpanan Islam melancarkan serangan balas terhadap bahagian tengah tentera Byzantine untuk mengukuhkan bahagian tengah pasukan Islam.

Hari ketiga

Hari ketiga bermula sama seperti hari kedua semasa sayap kiri tentera Vahan berjaya menembusi sayap musuh tetapi Khalid mengukuhkan kembali formasi tentera Islam apabila beliau menghantar tentera berkudanya ke sayap kanan tentera Islam. Jumlah angka korban yang dialami tentera Arab lebih tinggi daripada tentera Byzantine. Jadi, Khalid sedar bahawa taktik defensifnya akan gagal dan beliau cuba memikirkan satu strategi baharu.

Hari keempat

Panglima tentera Byzantine yakin bahawa taktiknya akan membuahkan hasil dan memutuskan untuk menyerang melalui sayap kiri sekali lagi. Sama seperti hari-hari sebelumnya, tenteranya dapat mengasak tentera Islam sampai ke kem. Pada kali ini, bahagian tengah dan bahagian kanan tentera Arab turut terpaksa berundur. Nampaknya bahawa tentera Byzantine akan menembusi barisan tentera Islam dengan segera. Khalid bertindak dengan mengarahkan tentera sayap kiri dan bahagian tengah tenteranya untuk menyerang dan memerangkap tentera Byzantine apabila tentera musuh mara terlalu jauh. Dengan tiada siapa yang melindungi sayap kanan tentera Byzantine, Khalid mengambil peluang ini dan menghantar satu kumpulan untuk menyerang mereka. Tentera Byzantine mengalami jumlah korban yang ramai dan terpaksa berundur untuk mengelak daripada dikepung. Sayap kanan dan barisan tengah tentera Arab turut mempunyai jumlah korban yang ramai tetapi mereka berjaya menghalang kemaraan pasukan musuh.

Hari kelima

Vahan memutuskan untuk meminta gencatan senjata pada hari kelima pertempuran. Akan tetapi, lawannya enggan kerana beliau yakin tenteranya akan mencapai kemenangan. Khalid menghantar satu skuadron tentera berkuda untuk menawan jambatan berdekatan dan kini, tentera Byzantine tiada jalan keluar. Khalid mengumpulkan tentera berkudanya yang lain ke sayap kanan.

Hari keenam

Pada hari terakhir pertempuran, tentera Islam diarahkan untuk mara. Apabila infantri sedang bertempur, Khalid melakukan serangan ke atas infantri dan tentera berkuda musuh dari arah sisi dan belakang musuh. Tentera Byzantine masih ada kelebihan melalui tentera berkuda mereka. Namun semasa tentera berkuda mereka terpisah di sepanjang medan, tentera berkuda Islam sedang berada dalam satu ketumbukan. Tentera berkuda Vahan telah dimusnahkan. Sayap kanan tentera Islam telah mengalahkan sayap kiri tentera Byzantine semasa tentera Byzantine diserang dari arah belakang. Kemudian, tentera Islam menyerang barisan tengah tentera Byzantine. Pertempuran tersebut akhirnya berakhir. Semasa jambatan tersebut ditawan tentera Islam, kebanyakan askar Byzantine termasuklah Vahan sendiri terbunuh semasa berundur. Terdapat lebih daripada 25 ribu kemalangan jiwa dialami tentera Byzantine.