В тот же самый день, 20 сентября 1792 года, когда начал свою работу Конвент, на фронте произошли важные перемены.

Добившись 2 сентября капитуляции Вердена, герцог Брауншвейгский двинулся напрямую к Парижу. Однако по пути ему предстояло форсировать теснины Аргонского плато – цепи холмов, покрытых густым лесом. Здесь заняла оборону Северная армия Дюмурье, прикрывшая проход к французской столице. Не надеясь противостоять неприятелю в одиночку, Дюмурье призвал к себе на подмогу Рейнскую армию, которой после отстранения Люкнера командовал генерал Франсуа-Кристоф Келлерман. Этот 57-летний военачальник имел большой боевой опыт, который приобрел участвуя еще юношей в Семилетней войне, а затем воюя против русских войск в Польше на стороне Барской конфедерации. Получив депешу от Дюмурье, Келлерман двинулся к нему на помощь и прибыл к самому началу решающего сражения.

Герцог Брауншвейгский, найдя незащищенный проход через лес, обошел Дюмурье с севера, но возле деревни Вальми прусский авангард рано утром 20 сентября натолкнулся на части Келлермана, успевшие занять здесь оборону. Началась артиллерийская перестрелка. К удивлению немцев, французы, в отличие от предыдущих боев кампании, проявили стойкость и не побежали, как обычно делали, с первыми же выстрелами. Келлерман под артиллерийским огнем лично воодушевлял солдат, а они, подбадривая себя криком «Да здравствует нация!», изо всех сил старались держать строй, несмотря на потери от вражеских ядер. Пруссаки же, построившись в штурмовые колонны, весь день маневрировали, но до атаки дело у них не дошло.

Вечером, так и не начав наступления, герцог Брауншвейгский отвел свои войска. Мотивы его решения до сих пор неясны. Согласно одной из версий, его подкупил Дантон, передав герцогу драгоценности французской королевы, несколькими днями ранее пропавшие из Парижа. По другой версии, Келлерману удалось повлиять на герцога через свои масонские связи. Предлагались и другие объяснения неожиданного отхода пруссаков, но ни одно из них не признано бесспорным. Несмотря на скромный военный итог (французы потеряли 300 человек, пруссаки – 180), «канонада при Вальми» получила большое политическое значение как первая в этой войне победа войск революционной Франции.

Более того, простояв неделю после сражения в укрепленном лагере, герцог Брауншвейгский вынужден был отдать приказ о стратегическом отступлении, поскольку его войска стали ежедневно нести тяжелые потери от вспыхнувшей дизентерии. Болезнь выполнила за французских генералов их работу.