Sojusz wojskowy pomiędzy Rzeczypospolitą a cesarzem Leopoldem I został zawarty 1 kwietnia 1683 roku. By nie zapeszyć i nie uczynić zeń tematu prima aprilisowych żartów, układ antydatowano. Widnieje na nim data 31 marca. Jan III od dawna, ale bez skutku, zabiegał o ten sojusz. Dopiero zagrożenie Austrii ze strony Turcji przestraszyło cesarza. Teraz to jemu zależało na pomocy polskiego króla. Układ przewidywał wspólną walkę z państwem Osmanów, nie zawieranie separatystycznego pokoju oraz odsiecz w wypadku zaatakowania przez Turków stolic obu państw. Polacy zobowiązywali się wystawić czterdziestotysięczną armię, a Austriacy do wypłacenia 1,2 miliona złotych subsydiów wojennych.
Kiedy podpisywano alians polsko-austriacki, z Adrianopola wyruszyła armia turecka i po spustoszeniu znacznej części Węgier w połowie lipca stanęła pod murami Wiednia. Stu tysiącom żołnierzy przywodził pyszałkowaty Kara Mustafa. Rozpoczęło się regularne oblężenie, które wobec dzielnej postawy Wiedeńczyków nie przynosiło Turkom spodziewanych rezultatów. Z dnia na dzień sytuacja stawała się coraz bardziej dramatyczna. Jedyną nadzieją dla miasta była pomoc ze strony polskiego monarchy. Cesarscy dyplomaci słali rozpaczliwe błagania, na które zwycięzca spod Chocimia nie zamierzał pozostać obojętny. Zdawał sobie sprawę z powagi sytuacji, a zarazem z korzyści sojuszu z Austrią. Wyłuszczył to w liście do hetmana polnego koronnego Mikołaja Sieniawskiego: „Lubo Wiedeń zginie. Lubo się obroni, wszystko to nam nie na rękę będzie, bo lepiej w cudzej ziemi, o cudzym chlebie, w asystencji wszystkich sił Imperii, nie tylko samego cesarza, wojować, aniżeli samym się bronić o swoim chlebie, i kiedy nas jeszcze przyjaciele i sąsiedzi odstąpią, gdy im w takim razie prędkiego nie damy sukursu”.
Przygotowania do wojny przebiegały nad wyraz sprawnie. W krótkim czasie 21 tysięcy żołnierzy zgromadziło się pod Krakowem. Wcześniej w sukurs aliantowi ruszył dwutysięczny korpus kawalerii pod wodzą Hieronima Lubomirskiego. Większość sił stanowiła jazda, na której specjalnie zależało Austriakom. Taki skład armii pozwolił jej na błyskawiczne przemieszczenie się pod Wiedeń.
Wojska koronne, nie czekając na armię litewską, ruszyły w kierunku Tulln, gdzie miały przekroczyć Dunaj i jednocześnie spotkać się z Austriakami i kontyngentami książąt Rzeszy. Wybór Tulln na miejsce przeprawy miał na celu zaskoczenie Turków. By zrealizować ten plan, armia austriacka musiała zatrzymać nieprzyjaciela pod Kornenburgiem, a wysłany w rejon Ołomuńca hetman Sieniawski osłaniał główną kolumnę marszową obciążoną olbrzymimi taborami, którą prowadził sam król. Marsz przebiegał bez zakłóceń, chociaż niejednokrotnie dochodziło do grabieży miejscowej ludności przez Polaków. Niesnaski te wynikały z nieprzygotowania magazynów z zaopatrzeniem dla tak wielkiej masy ludzi i zwierząt. Miejscowa ludność niechętnie przyjmowała zapłatę za furaż w polskiej walucie, a żołnierz – zgodnie z normami epoki – nie wahał się użyć siły, by zdobyć dla siebie zaopatrzenie. Tak czy inaczej armia maszerowała w błyskawicznym tempie. W trzy tygodnie po wyruszeniu spod Krakowa, Polacy stanęli nad Dunajem.
Wcześniej, na czele zaledwie 120 husarzy, na spotkanie z księciem Karolem Lotaryńskim ruszył sam monarcha. Jechał ponaglany błagalnymi listami Lotaryńczyka, który uważał, że dla podreperowania morale austriackich żołnierzy „sama jego [króla] obecność znaczy tyle, co przybycie całej armii”. W istocie wodzowie niemieccy czekali jak wybawienia na polskiego władcę. Niechętnie jednak patrzyli na jego przywództwo nad połączonymi armiami. Zupełnie inaczej zachowywał się sam książę Karol, niedawny przecież rywal Sobieskiego do polskiej korony. Zdawał sobie sprawę z bojowego doświadczenia zwycięzcy spod Chocimia, toteż głęboko ukrył podrażnioną ambicję i rzetelnie współpracował z Polakiem. Informował go o sytuacji na froncie oraz wypełniał gorliwie polecenia naczelnego wodza.
3 września odbyła się narada sojuszniczych wodzów w Stettelsdorfie. Tu wykrystalizowały się plany działania. Zdecydowano, by na Wiedeń maszerować przez górzysty Las Wiedeński. Dalej doszło jednak do poważnej różnicy zdań. Lotaryńczyk proponował marsz najłatwiejszą drogą nad Dunajem, by jak najszybciej dotrzeć do oblężonego miasta. Sobieski nie na darmo jednak studiował starożytne traktaty wojskowe. Nie chciał powtórzyć błędów Rzymian z bitwy nad Jeziorem Trazymeńskim, w której Hannibal rozbił w pył rozciągniętą rzymską armię. Przeforsował więc swój plan. Drogą najłatwiejszą mieli maszerować Austriacy, by skupiać na sobie uwagę nieprzyjaciela. Równocześnie przez niedostępne góry Lasu Wiedeńskiego skrycie mieli przeprawić się Polacy, którzy po wyjściu na przedpola Wiednia powinni oskrzydlić nieprzyjaciela. Zamiarem Lotaryńczyka było więc tylko odepchnięcie Turków spod miasta, zaś Sobieski planował całkowite rozbicie nieprzyjacielskiej armii.
Po przeprawieniu się przez Dunaj pod Tullm, armie sprzymierzonych stanęły u podnóża Lasu Wiedeńskiego. Na lewym skrzydle maszerowali Austriacy, centrum stanowiły kontyngenty niemieckie, po prawej zaś kroczyli Polacy. 10 września 69 tysięcy sprzymierzonych rozpoczęło przeprawę przez góry. W szczególnie ciężkich warunkach przyszło maszerować Polakom, którzy mimo to zdołali przeciągnąć swoją artylerię. Po całodziennym marszu Austriacy opanowali wzgórza Leopoldsbergu i Kahlenbergu. Stąd odpalono kilka rac, które były sygnałem dla obleganego miasta o nadciąganiu odsieczy. Następnego dnia wódz sprzymierzonych mógł zlustrować przyszłe pole bitwy. To, co zobaczył różniło się od tego, co widniało na mapach. Przed miastem wznosiło się jeszcze jedno pasmo wzgórz, które należało zdobyć przed decydującym starciem.
Przeciwko siłom armii chrześcijańskiej Turcy wystawili około 90-tysięczną armię. Jej rozmieszczenie stawiało ją w trudnym położeniu. Pomimo nalegań swych doradców, Kara Mustafa nie zwinął oblężenia i nie skierował wszystkich sił przeciwko sprzymierzonym. Co więcej, nie wykorzystał szansy na zatrzymanie ich w cieśninach Lasu Wiedeńskiego. Jedyną perspektywą była więc walka na przedpolu miasta.
12 września wódz turecki, nie zwijając oblężenia, większość swych sił skierował przeciwko Lotaryńczykowi, skąd spodziewał się głównego natarcia. Od rana Austriacy i Niemcy napierali na Turków. Późno, bo dopiero w południe, do działań bojowych weszli Polacy. Stopniowo wypierali Turków ze wzgórz, przygotowując tym samym teren pod przyszłą szarżę. Widok proporców polskiej jazdy dodał otuchy walczącym od rana oddziałom niemieckim, a jednocześnie uświadomił Turkom niebezpieczeństwo. Najpierw do natarcia ruszyło 15 tysięcy Tatarów, którzy zostali krwawo odparci. Kara Mustafa zaczął więc spiesznie przerzucać siły na zagrożone skrzydło.
Około czwartej po południu Polacy byli gotowi do szarży. Sobieski, chcąc jednak wybadać teren i przekonać się, czy Turcy nie przygotowali zasadzek, rzucił do próbnej szarży chorągiew husarską królewicza Aleksandra, a następnie dwie chorągwie Stanisława Potockiego. Straty były znaczne, a Potocki poległ. Atak pokazał jednak, że szarża niesie duże szanse powodzenia.
Polski monarcha zwietrzył szansę na rozstrzygnięcie bitwy jeszcze przed zachodem słońca. Dwadzieścia tysięcy kawalerii ruszyło do szarży – jednej z największych w dziejach historii. Jej siła była porażająca. Zmiatała dosłownie wszystko, co stanęło na jej drodze. Ogarnięte paniką oddziały tureckie rzuciły się do ucieczki. Podążyła za nimi lekka polska jazda.
Zwycięstwo było kompletne. Armia turecka, straciwszy około 15 tysięcy żołnierzy, nie była zdolna przez dłuższy czas do działania. Nieudolny Kara Mustafa próbował jeszcze walczyć na Węgrzech, ale został uduszony przez wysłanników sułtana. Jan III triumfował. W liście do papieża, pisanym w zdobytym namiocie Kara Mustafy, parafrazował słowa Juliusza Cezara: „Venimus, vidimus, Deus vicit” (Przybyliśmy, zobaczyliśmy, Bóg zwyciężył). Triumfatorem był jednak król Polski. Ratując Wiedeń okrył się wieczną chwałą i wpłynął na bieg historii, bowiem wiedeńska wiktoria była jedną z tych, która zadecydowała o losach świata.