希纳以为法国败局已定，将这个消息传到瑞士国内，很快整个欧洲都知道了，亨利八世非常乐意见到法国战败。而此时在法国军队内部，弗朗索瓦一世令侍臣紧急送出三封信件：第一封信给驻扎在加拉拉泰的罗特列克将军，弗朗索瓦命其终止与瑞士的和谈，如果有可能的话，收回赠与瑞士的金币;第二封信给阿尔维亚诺，命其率救兵从洛迪赶过来;第三封信给阿尔斯的路易斯，让其加强帕维亚的防御，以防弗朗索瓦需要在那里避难。完成这些指令后，弗朗索瓦靠在一根枪管上小憩了片刻。利用战争的间隙，他还重新组织了军队：他把三个军团排成一列，把自己放在中间的军团中，波旁公爵的部队在右翼，阿朗松的夏尔勒的后卫军在左翼。

拂晓时分，战斗再次打响。瑞士军队还是排成一列，整列军队都与法军展开交锋。在右翼，波旁公爵想方设法击退了他们，但是中部的瑞军顶住法国炮兵的重重火力，穿过一条沟渠打入法军内部，把法国步兵冲得七零八落，弗朗索瓦指挥军队再次击退了他们。左翼的瑞士军队俘获了法军的炮兵，冲散了步兵方阵，还切断了德国长矛兵组成的队伍。在这个生死存亡的关头，阿尔维亚诺率领援军赶到，他的到来让法军士气大涨，他们组织起一波反攻，最终锁定了胜局。

到上午11点，弗朗索瓦一世基本上可以宣告胜利了。剩余的瑞士军团踉踉跄跄地向米兰撤退。有的人把伤员背在背上，还有的人拖着浸满了鲜血的瑞士军旗。特里武尔齐奥将军是参加过13次战争的老将，他称马里尼亚诺战役为“巨人之战(a battle of giants)”，其他的战争与之相比不过是“孩子的游戏”。战后，据说掘墓人埋葬了16500具尸体，9月13日从米兰出来的21000名瑞士士兵，只有不到13000名回到了米兰。1500多名受伤士兵在米兰的医院和修道院得到了护理。法军的损失要小一些，将近8000名法国士兵在此役中丧生，牺牲的主要是先遣部队。其中许多人是贵族子弟，他们的尸体被装在棺椁里运回法国，最后被葬在自己家族的墓地里。

1515年10月1日，胜利者弗朗索瓦一世进入米兰城。教皇里奥十世同意在博洛尼亚和他会面。这次会面的成果是双方签订了一份宗教协定，废除了1438年的布尔日国事诏书，满足了教皇长久以来的诉求。弗朗索瓦一世还希望教皇能够支持自己进一步加强对法国天主教的控制以及未来在意大利的领土扩张。从博洛尼亚回到米兰之后，弗朗索瓦废除了他加诸于米兰公民的罚金，还释放了战俘，允许流亡者回到故土。斯福尔扎则一直驻扎在巴黎，直到1530年去世。1516年1月13日，弗朗索瓦一世回到法国境内，他的母亲和王后在锡斯特龙迎接他。萨伏伊的路易斯在日记里写道：“看到我的儿子承受了如此多的暴力之后安然无恙地回来，我真是如释重负。”

在法国和意大利，马里尼亚诺战役被文人和乐师以不同形式纪念。即使是作为战败一方，意大利人仍然认为这场战役是“美德(virtu)战胜天命(fortuna)”。弗朗索瓦一世更是被视为可与汉尼拔和凯撒比肩的战争英雄。

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