Ruchy wojsk rozpoczęły się od samego dżdżystego świtu 20 września. Początkowo walki niewielkich oddziałów koncentrowały się wokół wzgórza La Lune, które w końcu opanowali alianci, ale dzięki tym potyczkom Francuzi zorientowali się, że będą mieli do czynienia z trzonem armii pruskiej. W tym czasie awangarda Armii Ardenów pod dowództwem Stengla po rekonesansie, nie mając wystarczających sił, aby zaatakować wroga, cofnęła się i zajęła spowite mgłą wzgórze nad wioską Valmy. Stengel, świadom kluczowego znaczenia tej pozycji, z niepokojem wypatrywał nadejścia głównych sił Kellermanna, bo w razie ataku Prusaków nie zdołałby długo tu się utrzymać. Na szczęście dowódca Armii Środka przybył na czas, a oddziały awangardy przemieściły się na sąsiednią górkę Yvron.
Kellermann sprawnie uszykował swe odziały w trzy linie. Pierwsza składała się z trzech batalionów piechoty, dwóch batalionów ochotników i pułku jazdy. Sto kroków dalej stało osiem batalionów piechoty, za nimi kawaleria dowodzona m.in. przez księcia Chartres – przyszłego króla Francuzów Ludwika Filipa. W przerwach między batalionami zajęła pozycję artyleria w sile 36 dział kierowana przez hrabiego d’Aboville. Prawą flankę zabezpieczały oddziały Stengla, lewą – gen. Valence’a i Deprez-Crassiera. Kilka kilometrów dalej stały gotowe do boju oddziały Armii Ardenów dowodzone przez Wenezuelczyka, gen. Mirandę.
Po porannych potyczkach nastąpiła przerwa w działaniach bojowych. Wtedy to główne siły pruskie po powolnym marszu w deszczu i mgle zajęły pozycje u podnóża La Lune. Około południa deszcz wreszcie ustał, a mgła rozproszyła się na tyle, że dowódcy pruscy mogli dojrzeć wzgórze Valmy.z Widok wzorowo uformowanych do bitwy oddziałów francuskich mocno ich skonsternował. Spodziewali się tego dnia walnej bitwy, ale byli przekonani, iż dojdzie do niej z ich inicjatywy. Zwołano naradę sztabu, na której nauczony przykrym doświadczeniem głównodowodzący pozostawił decyzję królowi Prus. Ten, mimo pewnych obaw – pozycje francuskie wszystkim wydały się dość silne – kilkanaście minut po 12 wydał rozkaz zdobycia wzgórza.
Artylerię w sile 54 dział pod dowództwem doświadczonego, acz lekko niedowidzącego, płk. von Tempelhofa ustawiono w łuk. Przed nimi stanęła awangarda, za nią główne siły pruskie sformowane w dwie linie. W pierwszej sześcioma pułkami piechoty dowodził ks. Brunszwiku, na czele drugiej, złożonej z sześciu batalionów, stanął następca tronu Prus. Kawaleria zajęła pozycje na skrzydłach. Ponadto wydzielono jedną czterodziałową baterię, która miała wiązać ogniem oddziały Stengla.
