16 сентября, король Норвегии Харальд III Суровый высадился с огромным войском в 16 км от Йорка. Его флот насчитывал около 300 кораблей. К норвежцам присоединился брат короля Англии Тостиг Годвинсон, который был изгнан из Альбиона. Флот Тостига насчитывал около 60 кораблей. Харальд претендовал на трон Англии после смерти Эдуарда Исповедника и считал свое вторжение вполне законным. Уже 20 сентября армия викингов сошлась с североанглийским ополчением под командованием эрлов Моркана и Эдвина в битве при Фулфорде. В тяжелой схватке, викинги одержали победу, но понесли тяжелые потери. Горожане Йорка, испугавшись уничтожения города, сдались на милость победителей. Но Харальд не стал задерживаться в Йорке, пополнив запасы, он направился дальше по реке Wharfe и стал лагерем в 14 км южнее Йорка. Местные тэны присягнули на верность королю Норвегии и 25 сентября, они должны были передать заложников королю Харальду. Как писал Снорри Стурлусон, день выдался крайне жарким и многие скандинавы не стали надевать доспехи, взяв щиты, шлемы, копья, мечи, луки и стрелы они направились к переправе через реку Дервент, именуемую как Стамфорд-бридж.
Король Гарольд Годвинсон стоял лагерем на южной границе страны, ожидая нападения из Нормандии, где другой кандидат на трон, Вильгельм Нормандский (после битвы при Гастингсе Вильгельм Завоеватель), готовился к высадке на Британские острова. Узнав о вторжении норвежцев с севера, Гарольд отправился быстрым маршем им навстречу. Уже 24 сентября армия англосаксов стояла около Тэдкастера. На следующий день, 25 сентября, армия Гарольда без боя заняла Йорк и встретила викингов у Стамфорд-бридж. Совершенно не ожидая нападения, Харальд отправил гонцов на корабли, а сам остался с частью норвежского войска встречать неприятеля. 
Снорри Стурлусон писал, что вначале скандинавы построились длинной цепью, затем фланги стали оттягиваться назад, и в итоге викинги образовали кольцо. Харальд приказал первому ряду выставить копья на уровне всадников, второй ряд должен был выставить копья на уровне груди лошадей.
Есть легенда, описанная в XII веке в Англосаксонской хронике, как один викинг, оставшийся охранять мост, сдержал все войско англичан, убив до 40 человек. Он держал оборону до трех часов дня, пока не был убит копьем с лодки из-под моста. Эта легенда записана только в Англосаксонской хронике, и не упоминается у Снорри Стурлусона, хотя саму битву исландец описал довольно подробно. 
Перед битвой Гарольд предложил Тостигу треть королевства в совместное управление, а Харальду «семь футов английской земли, или больше, если он выше, чем другие люди». После этих слов закипела битва. Англичане долго кружили вокруг строя викингов, не имея возможности пробить брешь. Как только строй викингов был порван, в гущу сражения направился сам Харальд, где и был убит стрелой в шею. После смерти норвежского короля, Гарольд снова предложил Тостигу мир, но викинги отвергли и это предложение. Когда битва продолжилась, был убит и Тостиг.
К концу сражения подоспело подкрепление с кораблей, но как писал Снорри Стурлусон, викинги были так измождены быстрым спешиванием с кораблей, что падали замертво так и не вступив в бой.
К вечеру немногим скандинавам удалось вырваться из боя. Викинги, узнав о гибели короля, отплыли от берега и многие спасавшиеся от англичан так и не смогли добраться до кораблей. Всего Англию покинуло 24 корабля, а Олаф, сын Харальда дал клятву, что более никогда не нападет на Англию.
Битва при Стамфорд-бридж стала завершающей в двухвековой истории викингов в Англии. Однако, англосаксы, отстояв свою независимость от скандинавов, понесли тяжелые потери и не смогли остановить нормандское вторжение на юге. Уже 14 октября король Гарольд будет убит в битве при Гастингсе, а Англия окажется завоевана Вильгельмом II Завоевателем.