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成6路縱隊開始進攻。聯軍北面兩個縱隊由巴格拉吉昂和利赫特爾斯登指揮，他們橫越布林諾——奧斯特里茨大道攻擊由拉納和貝爾納多特所防守的北段，君士坦丁堡大公指揮的俄國近衛軍則作為預備隊跟在兩支俄軍後面。中央方面，科洛華特指揮的奧軍25000人攻擊在柯貝尼茨的蘇爾特軍。聯軍攻擊的主力則在普拉岑高地以南，共有3個縱隊，33000人，由俄將布克斯蓋弗登指揮，指向在戈爾德巴赫河南段的蘇爾特，並攻佔了索科爾尼茲和狄爾尼茲。
上午7點30分，掩蓋著谷地的濃霧剛剛散去，一輪紅日噴薄而出，73000名決心以死效忠的法國官兵在奧斯特里茨的太陽照耀下，早已準備就緒，嚴陣以待。拿破崙從指揮所裡看到普拉岑高地幾乎已無俄軍防守，他立刻意識到敵人犯了放棄中央高地的嚴重錯誤。他命令兩個師前去佔領高地，這兩個師不費吹灰之力便完成了任務，從而將敵人切成兩段。科洛華特縱隊在行軍中受到側面攻擊，秩序大亂，四下潰逃。俄國皇帝、總司令庫圖佐夫以及司令部正是跟在這支縱隊之後，因而失去了對聯軍的控制。
在北段，拉納成功地擊退了巴格拉吉昂的攻擊。當蘇爾特完全控制高地之後，拿破崙令其左翼向俄軍發起全面進攻。俄軍作戰十分英勇，對法軍發起一次又一次衝鋒，但最終還是敗下陣來。
在南段，布克斯蓋弗登受到蘇爾特和達武西支兵力的夾擊。面對法軍大炮的猛烈轟擊，聯軍很快就被壓縮到狄爾尼茲和察特卡尼之間半結冰的湖泊上。湖泊的冰塊被法軍炮火擊碎，敵軍整團整團地掉在湖裡淹死了，有的則被法軍的霰彈擊斃，其餘的則當了俘虜。
奧皇和俄皇眼見全軍覆沒，慌忙逃竄。他們的侍從人員只顧自己逃命，把兩位皇帝丟在路上。兩位皇帝只好騎著馬各奔一方了。
短暫的冬日已近黃昏，明亮的太陽已經下山，亞歷山大和弗蘭西斯在昏暗中逃脫了法軍的追捕。亞歷山大像得了瘧疾一樣全身發抖，他已經不能控制自己，哭了起來。庫圖佐夫在激戰中負了傷，差點成了法軍的俘虜。
戰鬥結束了。拿破崙在一大群元帥、近衛軍將軍和副官的伴隨下，在士兵們的歡呼聲中，不斷地踩著難以數計的人和馬的屍體，穿過廣闊的平原，視察著血腥的戰場。這一仗，俄奧聯軍死傷27000人，損失火炮155門，炮兵幾乎全被消滅，餘眾四散逃命，俄奧聯軍事實上已不存在。
第二天，法軍所有部隊都受到了拿破崙的讚揚，他說：“士兵們，我對你們表示滿意：在奧斯特里茨一天中，你們完成了我要求你們以果敢精神去完成的一切。不朽的光榮歸於你們，我的雄鷹們。在俄奧皇帝指揮下的100000軍隊，不到4個小時，就被打得落花流水。沒有死在你們劍下的那些人，也在湖裡淹死了。……士兵們！當保證我國的繁榮昌盛所需的一切都已完成時，我將帶領你們回到法國，在那裡我將盡我所能保護你們的利益。我的人民一定會興高采烈地再和你們相見。你們只要說'我參加了奧斯特里茨戰役'，他們就會回答說'好一個勇士啊！'”
同一天，奧皇弗蘭西斯二世派使節前來請求與拿破崙會晤。拿破崙同意了這項要求。12月4日，拿破崙在騎兵衛隊的簇擁下來到會晤地點——距奧斯特里茨約3公里的一座磨坊裡。奧皇也乘坐有篷輕便馬車來到這裡。拿破崙一見奧皇，立刻下馬前去迎接，並同他擁抱。奧皇提出休戰，拿破崙當即同意，條件是要求所有的俄軍撤出奧地利，退回波蘭。12月5日，俄軍開始撤退。12月6日，法奧簽訂停戰協定。12月26日，法奧在普萊斯堡簽訂和約。根據和約，奧地利承認法國對皮埃蒙特、熱那亞、巴馬等義大利地區的佔領；承認拿破崙為義大利國王，並把威尼斯、伊斯特利亞、達爾馬提亞交給義大利王國；承認巴伐利亞和符登堡為王國，巴登為公國。普萊斯堡和約結束了第三次反法聯盟。
不久，義大利的副王歐仁·博阿爾內娶了巴伐利亞新國王的長女為騎，這是拿破崙首次公開表示願意讓他的家族同歐洲原有各王室聯姻。同時還宣佈，皇帝身後若無男嗣，義大利王位將傳給歐仁。
奧斯特里茨會戰以後，拿破崙在布林諾逗留了數日，監督其部隊安營情況。他在這裡查明瞭法軍的損失——總共不到9000人。他派副官到醫院去慰問傷兵，並以他的名義賞賜每個傷兵一枚拿破崙幣。對受傷的軍官，則按其級別發給500到3000法郎不等的慰問金。
然後拿破崙起程赴肖恩布魯恩宮。抵達肖恩布魯恩宮的次日，他接見了普魯士的使節豪格
