I сентября началось сражение при Седане, как и Канны, ставшем символом успешного окружения войск одной из сторон. Мак-Магон располагал 120 тысячами человек и 419 орудиями. Противостоявшие ему прусские войска, которыми командовал начальник штаба германской армии генерал Г. фон Мольтке, насчитывали 245 тысяч человек при 813 орудиях. К тому же французы были лишены путей отхода. Путь на Кариньян преграждала Маасская армия, а на Мезьер – 3-я германская. Отступление же в Бельгию через Илли привело бы к капитуляции Мак-Магона перед бельгийской армией, занявшей позиции на границе еще 31 августа. 1 сентября баварский корпус атаковал французскую дивизию, оборонявшую деревню Базей на левом берегу Мааса. На правом берегу пруссакам удалось занять деревню Ла-Монсель. Здесь в 6 часов утра был ранен Мак-Магон. Он передал командование генералу Дюкро. Тот, видя угрозу окружения, приказал главным силам отходить на Мезьер, не зная, что именно там их ожидает прусская армия. Этот отход остановил командир 5-го корпуса генерал Вимпфен, потребовавший передачи ему командования как старшему начальнику. Дюкро подчинился.
Вимпфен решил, что больше шансов на успех даст прорыв на Кариньян. Для этого надо было оттеснить баварцев от Базея, а затем разбить правое крыло неприятеля. Однако французское наступление было остановлено превосходящими силами германских войск. В полдень 12-й саксонский и гвардейский корпуса заняли долину ручья Живон и, установив артиллерию на левом склоне живонского оврага, начали обстреливать французские войска на восточном склоне и в Гаренском лесу. Дорога на Кариньян была окончательно перерезана, но и прорываться к Мезьеру было уже поздно. 5-й и 11-й прусские корпуса обошли левый фланг французов и вышли в окрестности Седана, замкнув кольцо окружения. Армия Мак-Магона подвергалась жестокому перекрестному обстрелу и несла большие потери. После нескольких безуспешных попыток прорыва, предпринятых пехотой и кавалерией, французские войска в Гаренском лесу сложили оружие. Сдалась и крепость Седан, где находился Наполеон. На следующий день, 2 сентября, французский император подписал капитуляцию.
В сражении при Седане потери французов составили 3 тысячи убитыми, 14 тысяч ранеными, 84 тысячи пленными (из них 63 тысячи сдались в крепости Седан). Еще 3 тысячи солдат и офицеров были интернированы в Бельгии. Пруссаки и их союзники потеряли 9 тысяч человек убитыми и ранеными.
Наполеон III сдаётся Вильгельму I при Седане
После разгрома при Седане во Франции 4 сентября пала Вторая империя. К власти пришло Временное правительство национальной обороны, объединившее все оппозиционные бонапартистам силы. Для германских войск была открыта дорога на Париж. Город был осажден 16 сентября 1870 года. А 27 октября 173-тысячная армия маршала Базена, потеряв все надежды на помошь извне и испытывая острую нехватку продовольствия и боеприпасов, капитулировала в Меце. Немецкие войска заняли весь северо-восток Франции. К концу года французское правительство смогло сформировать к югу от Парижа новую Луарскую армию, но она была слишком слаба, чтобы прорвать кольцо блокады. В самом Париже насчитывалось до полумиллиона вооруженных людей, в подавляющем большинстве – бойцов стихийно сформированной Национальной гвардии. Ее составляли главным образом юноши и пожилые парижане непризывного возраста, необученные и слабо дисциплинированные. Они не могли противостоять 235-тысячной группировке германских войск, осаждавших французскую столицу. Однако для того, чтобы избежать значительных потерь в уличных боях, прусское командование предпочло взять Париж измором, периодически бомбардируя его из тяжелых орудий. В январе 1871 года жителям осажденного города выдавали лишь по 300 граммов хлеба в день. Несколько раз в Париже вспыхивали мятежи, провоцировавшиеся слухами о намерении правительства капитулировать. Власти Франции действительно вели тайные переговоры о заключении перемирия. В январе 1871 года положение Парижа стало безнадежным и французское правительство форсировало заключение перемирия, соглашение о котором было подписано в Версале 28 января 1871 года. По его условиям, немецкие войска занимали форты Парижа. Им также передавались запасы оружия, хранившиеся в городе.
26 февраля избранное Национальным собранием правительство во главе с правым республиканцем Адольфом Тьером представило депутатам условия мира, продиктованные Бисмарком и предусматривающие уступку новосозданной Германской империи Эльзаса и Восточной Лотарингии и уплату 5 миллиардов франков контрибуции.