Ngày 18-5 quõn đội Phỏp ở Hà Nội chuẩn bị lực lượng để ngày hụm sau đỏnh ra Cầu Giấy. Tổng số quõn Phỏp cú 750 tờn. Chỳng để lại 200 tờn giữ nhượng địa Đồn Thuỷ, cũn 550 tờn xuất trận với 3 đại bỏc dó chiến. Chỳng chuẩn bị hết sức bớ mật. Đến tận 6 giờ chiều bọn chỉ huy mới phỏt rượu mạnh và thịt cho lớnh và mới 3 giờ sỏng chỳng đó trở dậy ăn uống rồi xuất quõn.
Nhưng quõn ta vẫn bỏm sỏt địch nờn đó rừ cụng việc chuẩn bị cũng như hướng xuất quõn của chỳng và kịp thời bố trớ đún đỏnh ở Cầu Giấy. Tổng số quõn Việt Nam và quõn Cờ đen dự trận khụng quỏ 1.000. Đại quõn đúng ở Hoài Đức dưới quyền chỉ huy của Hoàng Tỏ Viờm. Tin tức địch quõn thường xuyờn đưa ra Hoài Đức do một người thụng ngụn cho địch là Nguyễn Văn Lộc bớ mật cung cấp.
Mới 4 giờ sỏng, thuỷ quõn Phỏp lờn đường. Chỉ huy trận đỏnh là Đờ Vile, Rivie ngồi xe ngựa đi theo sau. Đõy là chuyến xuất quõn lớn nhất của quõn Phỏp ở Bắc Kỳ từ trước đến bấy giờ.
Chỳng vừa sang khỏi cầu thỡ quõn ta mai phục gần đú bắt đầu nổ sỳng. Nhiều tờn địch chết ngay từ phỳt đầu. Đó chút qua cầu đành liều chết xụng lờn chiếm lĩnh trận địa ở hai bờn đường cỏi.
Đội thuỷ quõn lục chiến xụng vào làng Cút. Phỏo binh của chỳng chuyển qua cầu nhưng khụng dỏm tập trung binh lực ở địa điểm này, mà phõn ra hai toỏn nhỏ, một toỏn xụng vào Dịch Vọng tiền, và một toỏn xụng vào Dịch Vọng trung. Đại bộ phận vẫn ở Cút. Quõn ta nấp sau luỹ tre dày ở Dịch Vọng trung bắn ra rất rỏt, địch khụng thể vào gần được.
Phớa Phỏp, Đờ Vile bị tử thương. Giữa lỳc ấy xuất hiện Lưu Vĩnh Phỳc chỉ huy quõn đỏnh quặt vào sườn phải địch. Địch quõn xụng lờn bị chặn đứng ngay lại, thương vong nhiều. Chỳng tập trung liờn thanh bắn để bảo vệ sườn này. Nhưng Lưu Vĩnh Phỳc vẫn dẫn đầu quõn sĩ tiến đỏnh. Địch nỳng thế bắt đầu rỳt lui. Cỏnh trỏi của chỳng đang đỏnh Dịch Vọng trung được gọi về. Một toỏn địch liều chết rỳt trước qua cầu nỳp sau bờ đờ bắn yểm hộ cho cuộc rỳt lui. Trong lỳc quõn địch đang hoảng hốt, quõn ta hũ vang, uy hiếp tinh thần địch và tập trung hoả lực bắn tiờu diệt địch. Lớnh Phỏp bỏ cả đại bỏc chạy thỏo thõn. Bọn sĩ quan phải xỳm lại kộo. Tất cả quan lẫn lớnh nhớn nhỏc hỗn độn rỳt chạy qua cầu, bỏ lại trờn cầu cả xỏc chết lẫn người bị thương. Trong số những tờn nằm chết ở trờn cầu cú tờn tổng chỉ huy Rivie !