Битва произошла на берегах реки Балих, неподалеку от древнего городища Карры, где за несколько столетий до этого Красс и римские легионеры потерпели сокрушительное поражение от парфян и погибли. Согласно плану сражения, разработанному франками, армия Эдессы, расположенная на левом фланге, должна была взять на себя основные силы противника, в то время как антиохийскому войску следовало укрыться за невысоким холмом, находившимся правее, примерно в миле от поля сражения, и вмешаться в бой в решающий момент. Но мусульмане решили придерживаться такой же тактики. Часть их армии напала на левый фланг франков, а затем внезапно обратилась в бегство. Солдаты из Эдессы решили, будто им удалось без особого труда одержать победу над врагом, и погнались за отступающими турками, потеряв таким образом связь со своими собратьями, оставшимися справа. Они форсировали реку и попали в засаду, подготовленную основными силами турок. Многие франки погибли на месте, остальные повернули назад и бежали. Когда Боэмунд, командовавший небольшим отрядом, решил вступить в битву, он увидел лишь, как вдалеке в его сторону бежит толпа охваченных ужасом людей. Они пытались переплыть реку в обратном направлении, но на них нападали новые отряды турок. Боэмунд понял, что битва проиграна, и быстро покинул поле боя, успев спасти лишь нескольких солдат из Эдессы.
Когда солдаты двигались мимо ворот Харрана, на них напали мусульмане из гарнизона крепости и из-за царившей вокруг неразберихи перебили столько же турок, сколько и франков, которых те преследовали. Армии из Антиохии удалось покинуть поле боя без серьезных потерь. Войску Эдессы повезло меньше – почти все солдаты были захвачены в плен или убиты. Патриарха Бернарда охватил такой ужас, что он отрезал хвост своей лошади, опасаясь, как бы какой-нибудь турок не поймал его таким образом, хотя к тому времени враг уже пропал из вида.
Одним из первых франков, захваченных в плен, стал архиепископ Бенедикт. Однако благодаря то ли уступке со стороны поймавшего его человека, прежде бывшего христианином, то ли контратаке, предпринятой антиохийцами, его почти сразу спасли. Балдуин и Жослен бежали на одной лошади, но, когда они пытались переплыть реку, их захватили в плен. Затем их привели в палатку Сокмана.
Вполне обоснованно опасаясь того, что теперь турки нападут на Эдессу, Боэмунд и Танкред стали спешно организовывать оборону города. И снова бедственное положение соратника оказалось выгодно Танкреду. Оставшиеся в Эдессе рыцари во главе с архиепископом стали умолять его взять на себя управление графством до тех пор, пока Балдуина не освободят из плена. Танкред с радостью согласился, а Боэмунд, как и Балдуин I за четыре года до этого, с облегчением отпустил племянника. Танкред вместе с остатками войска Эдессы и солдатами, которых ему сумел выделить Боэмунд, готовился защищать графство. Сам Боэмунд направился обратно в Антиохию, понимая, что соседи не упустят возможности воспользоваться неудачей франков.
Битва при Харране стала дополнением к крестовому походу 1101 г., так как они способствовали крушению легенды о непобедимости франков. Вследствие поражения 1101 г. жившие в Северной Сирии франки лишились пополнения с Запада, необходимого для сохранения господства в регионе, а поражение при Харране свидетельствовало о том, что графство Эдесса обречено, а Алеппо никогда не перейдет франкам.
Клин, с помощью которого франки планировали разделить три исламских центра в Анатолии, Ираке и Сирии, оказался вбит ненадежно. И выгоду от этого получили не только мусульмане. Разъяренный византийский император вряд ли жалел о крушении планов франков.
Непосредственные последствия всех этих событий оказались не настолько фатальными. Союз между Сокманом и Джекермишем распался почти сразу после того, как они одержали победу. Туркмены, солдаты первого из них, получили львиную долю пленников и добычи, что не могло не вызывать зависть второго. Служившие у него сельджуки напали на палатку Сокмана и увели Балдуина. Туркмены пришли в ярость, но Сокман взял себя в руки и сделал все возможное, чтобы не позволить им нанести ответный удар. Он смирился с потерей ценного пленника и, захватив с помощью простой уловки – Сокман переодел своих солдат в одежду пленных и убитых франков – несколько небольших приграничных крепостей христиан, отошел к Мардину и больше не принимал участия в войне. Джекермиш продолжил сражаться. Первым делом он, чтобы обезопасить себя от Сокмана, захватил замки франков в Шахбактане, что к востоку от Эдессы, а затем выдвинулся к столице.