西南部屡遭败绩的时候，东部联盟军却于164年5～10月在林肯郡的格兰瑟姆、盖恩斯伯勒和温斯比连战皆捷。
在和苏格兰人达成协议之后，议会军的战略形势更是大大的有利。双方开始针对英格兰北部重镇约克城进行争夺。投入了数万兵力。也就在剑拔弩张的时刻，温斯坦莱的船队赶回了英格兰，将议会军急需的军火物资运回。同时，大批的茶叶、丝绸、瓷器的到来，更是提振了士气，缓解了议会军的财政困难。一时间，议会军大营之中已经是一片跃跃欲试之声。
温斯坦莱运回来的盔甲刀枪火药等物，自然是为议会军中主力部队的克伦威尔所指挥的几千骑兵所先得。一夜之间，克伦威尔将手下那些原本被王军贵族们嗤笑为乡巴佬的铁骑兵，打造成了真正的铁骑兵。人人顶盔掼甲，个个刀枪犀利。
更换升级了装备后的克伦威尔部下骑兵，士饱马腾求战高涨。作为议会军的左翼，这支000人马的骑兵率先出击，居高临下的冲下马斯顿荒原。在龙骑兵、苏格兰骑兵的配合下，共约4000余人向王党军的右翼发起攻击。克伦威尔一马当先冲在前面，尽管受到了王党部队的勇敢抵抗，但在议会军其他将领的声援下很快地击溃了荒原上的王党右翼部队第一、第二线骑兵，鲁伯特落荒而逃。一个半时后，国会军左翼取得胜利。这是一次惨烈的短兵相接的肉搏战，战斗中，克伦威尔的颈部被一颗子弹穿透，并从眼睛旁边穿过，使他的眼睛处于半失明状态，可是他仍旧坚持在战场上战斗。骑兵的攻击虽然得手了，但其他方面的议会军却败得一塌糊涂、伤亡过半。中路步兵和右翼骑兵遭到王军步兵和骑兵的猛烈反击，步步后退，处境危急。
费尔法克斯爵士率领攻击王党左翼的骑兵几乎全军覆灭，因为他率领的骑兵在迅速取得胜利时，跟进的部队由于荒原上的荆棘和坎坷的阻碍，不能及时支援，反而被王党军又击垮了。而中军也被王党部队击垮，几位将领无力再组织部队进行第二次战斗，甚至放弃了战斗。议会军的苏格兰步兵则在王党军的围攻下坚守阵地战斗。
克伦威尔毫不迟疑地从战场右翼穿过中部王党军的后方，突向左翼战场去挽救苏格兰的战友。有三个营的步兵也随着克伦威尔的骑兵重新投入战斗。王党部队正在追击议会军败兵的两个将军，见克伦威尔的军队出现在左翼的战场上，便马上率王党骑兵来迎战。两军相遇在议会军将领费尔法克斯的骑兵刚刚被击败的地方，但他们遇到的却是克伦威尔。
约晚上10点会战结束。王党部队被迅速地击溃。克伦威尔挥得胜之师马不停蹄地与苏格兰步兵一同向王党的步兵冲杀过去。王党军的一个仅次于鲁珀特亲王的将领战死，大部分王党军在夜色中逃散、撤走。王军投入15万人（骑兵7000人），死亡000多人，被俘1600余人。这一战，王军可谓是损失惨重。
大战之后，对于王军和议会军来，双方都需要整顿兵马，准备再次大战。借助着马斯顿荒原会战大胜的声势，克伦威尔等独！立派军官，向把持军事指挥权的长老派将领曼彻斯特等人发难。最终，议会被迫决定改组军队。下院首先通过《自抑法》，规定议会议员不得担任军职。于是，埃塞克斯、曼彻斯特等人被迫交出军权。紧接着，下院又通过了《新模范军法案》，规定建立一支人数为万的新模范军，其中骑兵约占1；确定从国家预算中每月拨出45万镑，以用于军需；任命托马斯?费尔法克斯为总司令，统一指挥全军；全军实行统一的军服，统一的纪律，统一的编制；为保证足够的兵员，决定实行强迫募兵的原则等。这两项法案随后获得了上院的批准。作为议员的克伦威尔本应辞去军职，但应总司令托马斯?费尔法克斯的坚决要求，议会同意任命他为副总司令兼骑兵司令。从此，克伦威尔一身二任，在军队中代表议会