Die Disputation findet zunächst zwischen Eck und Karlstadt statt. Vom 27. Juni bis zum 3. Juli streiten die beiden über den freien Willen und dessen Verhältnis zu Gottes Gnade und zu guten Werken. Erst am 4. Juli beginnt die Disputaton zwischen Luther und Eck. Dabei geht es um das Primat das Papstes und die Gewalt der Konzilien, die Eck mit allen Mitteln verteidigt – unter anderem sucht er, Luther in die Nähe des 1415 in Konstanz als Ketzer verbrannten Jan Hus zu rücken. Luther bleibt bei seiner Auffassung, das päpstliche Primat ließe sich nicht aus der Schrift begründen. 

Für das größte Aufsehen sorgt jedoch die Feststellung Luthers, nicht alle Thesen des Jan Hus seien häretisch gewesen, sondern im Gegenteil einige ganz christlich und evangelisch. Diese Aussage soll den anwesenden Herzog Georg veranlasst haben, von seinem Stuhl aufzuspringen mit dem Ausruf „Das walt’ die Sucht!“ Außerdem manifestierte sich so der endgültige Bruch zwischen der römischen Kirche und den Reformatoren. 

Nach der Abschlussrede des Rektors der Leipziger Universität am 15. Juli beanspruchten beide Seiten den Sieg bei der Disputation. In jedem Fall erhielten die Lehren Luthers durch die Veröffentlichung der Disputationstexte in Erfurt und Paris weitere Verbreitung, auch durch die Darstellung von Melanchthon. Dabei waren in Leipzig besonders die Unterschiede zwischen der katholischen und der lutherischen Lehre hervorgetreten. Im Nachgang der Leipziger Disputation erwirkte Eck beim Papst eine Bannandrohungsbulle gegen Luther, die wiederum den Anlass für Luthers grundlegende Schrift „Von der Freiheit eines Christenmenschen“ bildete.