W sytuacji, gdy siły przeciwnika napierały coraz silniej, kazał zbudować most pontonowy na łodziach, ale wycofujące się oddziały ogarnęła panika. Most nie wytrzymał natłoku uciekających i pękł.
W tej sytuacji bitwa zakończyła się zwycięstwem wojsk Konstantyna nad dwukrotnie liczniejszymi siłami Maksencjusza, który (jak wielu jego żołnierzy) utonął w Tybrze. Po tym zwycięstwie Konstantyn stał się samodzielnym władcą cesarstwa na zachodzie i już następnego dnia triumfalnie wkroczył do Rzymu.
Wizja Konstantyna thumb|left|Słońce poboczne – zjawisko fizyczne, które mógł ujrzeć Konstantyn. Z opisem bitwy związany jest tzw. cud Konstantyna. Dla Euzebiusza z Cezarei (HE 9.9.1-9) znakiem pomocy jego Boga dla Konstantyna było zerwanie się mostu i śmierć Maksencjusza. Autor porównuje do zagłady wojsk faraona. Euzebiusz z Cezarei nic nie wie o żadnych cudownych znakach na niebie. Także drugie chrześcijańskie źródło z czasów Konstantyna I, czyli De Mortibus Persecutorum Laktancjusza, nie opisuje żadnego cudu. Według Laktancjusza Konstantyn we śnie (in quiete) został upomniany, by niebieski znak na niebie (caeleste signum dei) wypisał na tarczach i stoczył bitwę (Lactantius De Mort. Pers. 44, 5). Najstarszy opis cudu związanego z bitwą koło mostu Mulwijskiego zawiera Vita Constantini.