Однако в Стамбуле не стали откладывать военный поход в Европу, и великий визирь Кара-Мустафа продолжил собирать войска в окрестностях города Адрианополя (современный Эдирне в Турции). В таких условиях и был заключён 31 марта 1683 года польско-австрийский военный союз против Османской империи.
В марте этого года турецкая армия двинулась в поход от Адрианополя к пограничному Белграду. Армией командовал сам султан Мехмед IV (реально войсками руководил великий визирь Кара-Мустафа). По пути турки соединились с войсками своего вассала, трансильванского князя Михая Апафи I, и объединённое войско достигло численности в 200 тысяч человек. Тем временем венгерская армия, которой командовал король Текели, начала наступление против австрийцев в Словакии, но оно было отбито близ города Прессбурга.
Вторжение в собственно Австрию началось в июне 1683 года. Часть султанской армии осталась осаждать город Дьер, а 150-тысячное войско подступило к Вене. Император Леопольд I заблаговременно бежал со своим двором в город Пассау, а 30-тысячная австрийская армия под командованием герцога Карла Лотарингского отступила от столицы к Линцу. В Вене оставался гарнизон, численностью около 15 тысяч человек, под командованием графа Рюдигера фон Штаремберга. Когда османы осадили столицу Священной Римской империи, то оказалось, что они почти не имели осадных пушек.
Узнав о вражеском вторжении в союзную Австрию, король Ян III Собеский остался верен заключённому договору и откликнулся на призыв папы римского Иннокентия XI. Спешно собранная коронная 30-тысячная армия поспешила на выручку к осаждённой Вене. Ян Собеский проделал со своими главными силами переход в 320 километров от Варшавы до Вены за 15 дней, и появление его перед турецким лагерем стало полной неожиданностью для великого визиря Кара-Мустафы.
12 сентября 1683 года состоялось Венское сражение, в котором 158-тысячной турецкой армии противостояла 76-тысячная союзная (поляки, австрийцы, германцы) во главе с королём Яном III Собеским. Поляки занимали правый фланг, австрийцы во главе с герцогом Карлом Лотарингским выстроились в центре позиции, немецкие отряды встали на левом фланге. Сложный рельеф местности не позволил начать битву в начале того дня. Лишь в 5 часов вечера Ян Собеский приказал атаковать турецкую армию по всей линии. Атакующие усилия союзников поддержал вылазкой венский гарнизон, который за время осады сократился наполовину.
В течение целого часа между берегом Дуная и турецким лагерем бушевало сражение между османской и христианской пехотой. Ни одна из сторон не могла добиться заметного перевеса. Полководец Ян Собеский, внимательно наблюдавший с высоты за ходом битвы, решил нанести кавалерийский удар по хорошо заметному шатру великого визиря. Польская кавалерия блестяще справилась с поставленной задачей, прорвавшись к самому шатру турецкого главнокомандующего. Кара-Мустафа в панике бежал. За ним обратилась в паническое бегство и вся турецкая армия, которая до этой минуты стойко сражалась и даже не помышляла об отступлении от осаждённой австрийской столицы.
