Одновременно Наполеон направил в стык центра и правого фланга дивизии Ланна и конницу Мюрата. Завязалась схватка с войсками Багратиона. Бой ожесточился, потери с обеих сторон неуклонно росли, французы особенно страдали от меткого огня русской артиллерии. Наконец бешенный натиск французской кавалерии заставил русских отступить. Не выдержав непрерывных атак корпусов Бернадота, Мюрата и Ланна, начали отходить войска правого фланга союзников, увеличивая этим разрыв со своим левым крылом.
Около 13 часов в центре были посланы в бой 3000 русских гвардейцев. Густые колонны неприятеля окружили их со всех сторон, но гвардия не дрогнула и билась отчаянно, неоднократно бросаясь в штыки. В конце концов она прорвала передовые французские цепи, но была вскоре остановлена огнем вражеских резервов. Тогда на французов были направлены два эскадрона конногвардейцев, а перестроившаяся гвардейская пехота присоединилась к атаке. Русские отбросили наполеоновскую кавалерию, налетели на батальон 4-го линейного полка и отняли знак его боевого отличия — орла. Французские солдаты побежали, но это был лишь частичный успех. На Аустерлицком поле русская гвардия покрыла себя славой, но уже не могла решить исход сражения. «Это была та блестящая атака кавалергардов, которой удивлялись сами французы... страшно было слышать потом, что из всей этой массы огромных людей, из всех этих блестящих, на тысячах лошадях, богачей, юношей, офицеров и юнкеров... после атаки осталось только осьмнадцать человек» (Л. Толстой. «Война и мир»).
Полководческий гений Наполеона и мужество его солдат сделали свое дело. Наполеон приказал бросить в бой пять эскадронов мамлюков. С воем и визгом те налетели на русских, завязалась рукопашная схватка. В конечном счете остатки русской гвардии отступили. Центр союзников был полностью разбит.
В 14 часов императорская гвардия и гренадеры маршала Удиио получили приказ двигаться к деревне Тельниц, чтобы нанести окончательное поражение войскам Буксгевдена. Одновременно Даву повел атаку с запада.
Признав положение отчаянным в связи с прорывом фронта, Кутузов послал приказ Буксгевдену отступить, по последний, не разобравшись в обстановке и наблюдая перед собой на правом берегу Гольдбаха слабые силы противника, приказу не подчинился. Он топтался на месте, не продвигаясь вперед и не пытаясь нанести удар корпусу Сульта, действовавшему со стороны Праценских высот. Между тем, покончив с колонной Коловрата-Милорадовича, Сульт установил на высотах 42 орудия и при поддержке артиллерийского огня начал атаку группы Буксгевдена во фланг и тыл.
Французские дивизии Сеит-Иллера и Леграна, которым было указано направление на Сокольниц, поставили правую колонну Пржибышевского в отчаянное положение. Спешно выдвинутые против угрожающей фланговой атаки несколько русских батальонов были немедленно уничтожены превосходящим противником. Остальные пытались отойти на запад через Гольдбах, но попали под перекрестный огонь артиллерии Даву и Сент-Иллера. Вся колонна была частично уничтожена, частью взята в плен. Но этот бой дал время Ланжерону спастись через Тельниц.
Только теперь, оказавшись отрезанным от главных сил, Буксгевден понял свою ошибку и дал приказ к отступлению. Обходные колонны русских, втянутые в бои западнее района Тельниц, Скольниц, вынуждены были отступать, пробиваясь через вышедшие им в тыл французские войска. Остававшиеся восточнее ручья девять батальонов Дохтурова и Кинмайера отходили на Ауезд, но к этой деревне уже вышла дивизия Вандама и отбросила русских к замерзшему озеру Зачан. Французы наседали, не беря в плен раненых и добивая их. Под тяжестью тысяч обезумевших людей мост через озеро рухнул, и русские пытались прорваться по льду и по дамбе между Зачанским и Мёницким озерами. Генерал Дохтуров неоднократно водил горстку своих солдат в рукопашную, стараясь прикрыть ретираду.
Наконец Наполеон приказал выдвинуть батарею и открыть огонь ядрами по льду. От тяжести отступавших войск и неприятельского огня лед треснул, люди и лошади проваливались в ледяную воду, находя там свою смерть. Начинало смеркаться. Битва затихала по всему фронту. В 16 часов 30 минут Багратион вывел из сражения свои войска, французы прекратили атаки и стали расходиться по местам стоянок. Слабое преследование французской конницы дало возможность союзникам собраться у Гединга.
Битва была проиграна русско-австрийской армией, попытка разгромить Наполеона закончилась катастрофой. Под Аустерлицем союзники потеряли 27 000 человек, из них 10 000 убитыми и 17 000 пленными, 155 орудий, 30 знамен. Потери французов составили 12 000 убитыми и ранеными, главным образом в борьбе за Праценские высоты.
Побежденные до такой степени были потрясены, что 4 декабря император Франц сам явился в лагерь Наполеона и просил перемирия. Аустерлицкой победы и без преследования противника оказалось достаточно, чтобы неприятель исчез с театра военных действий, и исчезла не только союзная русско-австрийская армия, но также и приближавшийся эрцгерцог Карл, русские подкрепления и прусская армия. 7 декабря в ставке Наполеона, украшенный орденом Почетного легиона появился граф Гаугвиц и, ни словом не обмолвившись о своем поручении, поздравил с победой при Аустерлице. «Это комплимент, — ответил Наполеон сухо, — адрес которого переменился благодаря судьбе».
Третья коалиция распалась. Австрия вышла из войны и подписала 26 декабря Пресбургский мир, а остатки войск Александра I отступили в Россию. Предусмотренные планом коалиции военные операции так и не состоялись. Высаженный в Неаполе в ноябре 1805 года англо-русский десант был возвращен на Мальту и Корфу. Корпус генерала Толстого, десантировавшийся в Тральзунде, возвратился в Россию.
Аустерлицкое сражение являет собой один из примеров битвы, когда одна из сторон терпит сокрушительное поражение. Под Аустерлицем вновь была вскрыта порочность фридриховской военной системы, которой следовали в Австрии и усердно насаждали в России. Так называемая «маневренная стратегия» и линейная тактика показали свою полную несостоятельность перед новой стратегией и тактикой Наполеона. Эта тактика по-новому решала вопросы использования родов войск и управления ими. В организационном отношении союзники также уступали французам: в отличие от французских корпусов и дивизий, союзники составили «колонны» из не связанных между собою частей.
Успех Наполеона определялся ясностью поставленной цели и энергичными мероприятиями для ее достижения. План французского полководца был построен на отчетливом понимании обстановки в результате тщательной разведки, личного наблюдения за противником, самостоятельного изучения поля боя и знакомства с намерениями противника, в то время как союзники, по выражению Бюлова, «атаковали армию, которую они не видели; предполагали ее на позиции, которую она не занимала, и рассчитывали на то, что она останется неподвижной, как пограничные столбы».
В противовес твердому и непрерывному руководству боевыми действиями со стороны Наполеона, у союзников колонны были предоставлены сами себе. В сущности, с началом сражения общее руководство русско-австрийскими войсками было потеряно. Кутузов, следуя с колонной Коловрата и не чувствуя за собой власти, фактически являлся лишь неполноправным руководителем этой колонны. Буксгевден, подчиняясь Александру, не выполнил приказания Кутузова об отходе. Что же касается ставки двух монархов, то при первой же неудаче она перестала существовать: Александр и Франц со своими свитами в беспорядке бежали с поля сражения, опасаясь плена. Если Франц I давно уже осознал свое невежество в военном деле и не пытался брать на себя руководство войсками, то Александр I только в своем бегстве с Аустерлицкого поля окончательно убедился, что у него «не хватало хладнокровия и глазомера», необходимого полководцу. Но Кутузову он этот урок не простил. Лишь жестокое поражение заставило русских и австрийцев задуматься над необходимостью реорганизации своих армий в соответствии с французской системой.
Операция под Аустерлицем подчеркнула разнообразие наполеоновского военного творчества: в Итальянском походе он действовал по внутренним операционным направлениям; под Ульмом — окружал противника, обходя его фланг сосредоточенной массой своих войск; под Аустерлицем — применял фронтальный период с тактическим прорывом центра. Большое искусство Наполеона заключалось в том, что не имея превосходства в силах над противником на поле сражения, он, однако, на всех решающих направлениях умел создавать перевес в силах и тем самым обеспечивать себе успех. Вообще, в этот период Наполеон не давал того, что сам называл «ординарным сражением». Он буквально творил каждую свою битву.