接下来的两天里，部分守卫军终于能稍作休息。白天，他们注意到土耳其军开始重新整队，准备前往卡伦贝格地区。9月10日，伯格堡下又发生了一场爆炸，但土耳其军并没有采取什么后续的行动。施塔亨贝格带领的士兵们则个个绷紧了神经，随时准备迎接他们的最后一场战役，然而这场战役终究没有到来。第二天，土耳其士兵依旧在伯格堡一带发动了炮火袭击和步兵攻击，但袭击的强度已明显减弱。危机已经结束了。此刻的包围军正忙于应对他们的另一个敌人——波兰国王索比斯基，而洛林的查理也正在积极准备出战。
洛林于9月9日在图尔恩完成了兵力的集结，这比早前他告诉施塔亨贝格的预期时间晚了好些天。一方面，早前土耳其军在多瑙河流域毁坏桥梁一事给后勤带来了困难，另一方面，由包括巴伐利亚人、萨克森人、波兰人、弗兰克尼亚人以及奥地利人等不同种族组成的军队也给指挥管理带来了新的挑战。经过一番争执，大家最终同意由洛林负责指挥帝国军队，而波兰国王索比斯基则带领指挥波兰军队，组成作战的右翼部队。如此一来，便没有什么国王（或国王的代表）感觉受到了轻视。作为波兰国王的索比斯基本想在此次指挥中拥有最高的身份，但由于他的王位是选举产生，因此总指挥的地位也还无法得到所有人的认可。
索比斯基是波兰骑士英雄的化身，他当然会遵守他的诺言来帮助皇帝利奥波德，但可以肯定的是，与他的谈判十分困难且耗时很久。
一方面，他同奥地利人有着相同的作战理由，和每个波兰人一样，索比斯基也是罗马天主教的信徒。另一方面，他有着过人的军事才能，十年前在肖奇姆，他就带领波兰人以压倒性的胜利击败过土耳其军。毫无疑问，索比斯基从波兰特使成为国王的经历让他对土耳其的作战方式颇为了解，而这点也将使他成为洛林强大的盟友。
实际上，1918年之前每一位哈布斯堡王朝军队的指挥官也都如此，他必须完完全全习惯并了解多种民族的特点和跨国军队中的不同语言。
他或许不擅长明目张胆的侵略，但在外交和情报获取上的天赋则可以弥补这一缺憾。为避免产生纠纷，洛林将权力下放给了参战的各级单位。例如，他的代表，陆军元帅德根费尔德，负责指挥1.13万名巴伐利亚选帝后的士兵。瓦德艾格伯爵负责指挥9000名斯瓦比人和萨克森选帝侯的9500名士兵。另外，服从独立指挥的人中还有布伦瑞克公爵和他的600名士兵以及汉诺威王朝的青年代表，即后来的英国乔治一世。
索比斯基率领的部队约有2.5万余名士兵，以骑兵为主。洛林的查理所率的部队人数则与之大致相同。所有的救援力量共计包括6.5万名士兵和165门火炮。各个部队从高处的维也纳森林直下开始作战的计划也于9月11日晚拟订完毕。
洛林和索比斯基都估计战斗至少会持续两到三天，至于一战决胜负则是谁也没有料想到的。尤其是索比斯基，他预计对于他的骑兵来说这将会是一场艰苦卓绝的战役，维也纳森林脚下的土耳其士兵定会顽强与之抵抗。然而，让这两位将军没有想到的是，事实上他们的对手卡拉·穆斯塔法只派遣了自己的部分军队来抵抗前来救援的大军。土耳其军的第一道防线建立在玛丽娅布隆和卡伦贝格村之间，而还没来得及建好身后的第二道防线，盟军就在黎明发起了进攻。救援大军在卡伦贝格（据奥地利记载）或是利奥波德山（直到300年后，波兰人和奥地利人对联合军队集合的具置仍存在争议）集合过后便发出了攻击的号令。
首先发动攻击的是洛林派出的左翼军队，不久之后他的中路军队也加入作战。起初，两路军队都遭到了顽强的抵抗，但不久之后，土耳其的军队便接连败退，放弃了一个又一个阵地，他们只有在海利根施塔特和努斯多夫地区获得了局部的胜利。到了中午，土耳其军似乎能够在克劳滕巴赫和杜柏林格巴赫之间站稳脚跟，但波兰军队突然出现在了维内尔瓦尔德的大地上，并占据了上风。他们并没有像帝国军的中路军和洛林的左翼军那样与敌人直接作战，而是利用时间带领骑兵悄悄穿过森林，然后突然发动了袭击，让敌人措手不及。
前方就是维也纳，机不可失。趁着土耳其防线动摇之际，包括索比斯基的2.5万名士兵在内的洛林军队是右翼，穿过黑尔纳尔斯的葡萄园和农田发起了冲锋。同时，洛林军的左翼也有了新的策略，他们有意将力量渐渐向右靠拢，迫使面前的土耳其军退向波兰大军的方向。
这一策略收效甚大，面对成千上万的骑兵夹击，土耳其军只好开始撤退。另一边，由巴登侯爵率领的两支帝国龙骑兵军团于下午5点左右抵达肖腾托尔，与之对抗的则是几百名奋不顾身的土耳其禁卫军，土耳其军孤注一掷，希望能攻下舒滕巴斯泰。施塔亨贝格目睹侯爵军团的困境，命令自己最后一支突围军和步兵团前去解救被包围的骑兵团。
一场激烈的大战过后，维也纳解围战终于结束了。奥斯曼土耳其军战败，甚至是溃不成军，连禁卫军都四处逃窜，只顾活命。卡拉·穆斯塔法在今天的约瑟夫城目睹了这一场景后，有那么一刻想到了死亡，他很清楚失败后的自己回国后会落得什么样的下场。但他还是决定撤离。最终回到了土耳其的他被法院判为绞刑，死在了刽子手的绸缎绞索中。
在被围困了61天之后，维也纳终于重获自由。许多当时和后来伟大的奥地利家族，在经历了这次战火洗礼之后，逐渐扬名天下。哈布斯堡王朝带领的军队从异教徒的手中拯救了整个欧洲，有关王朝的各种消息也传得铺天盖地。甚至在伦敦，街头公告员也在大声宣读着这场英雄般的围困战的详情。政治上的结果同样激动人心：此战成了欧洲历史上的转折点。奥地利的力量向东延伸，无情地填补了奥斯曼帝国撤退后留下的真空。而对于维也纳人来说，这场战役深深留在了每个人的记忆里，直到四个世纪后，仍是他们集体意识中的一部分。
为哈布斯堡王朝军队创造的种种机会预示着它迎来了一个全新的发展时代。而在帝国主义不断扩张的世界中，没有哪个哈布斯堡王朝的统治者会不去依靠装备精良的专业化军队。奥地利的白色时代将要来临了。
洛林的查理在积极备战，筹备军事，波兰国王索比斯基带领指挥波兰军队，协助利奥波德，攻击土耳其，最终维也纳重获自由，哈布斯堡王朝带领的军队拯救了整个欧洲，成为欧洲历史上新的转折点。这场战役存在每个人的记忆里，预示着将要迎来全新的发展时代。