为诱使俄奥军队加速发起进攻，拿破仑主动放弃利于防守的普拉岑高地，俄奥军队将此举误判为法军惧战退缩。于是，联军决定在奥斯特里茨地域展开，并于12月2日对法军发起进攻。
早上7时左右，俄、奥军各自排成密集的队形，展开在大约12公里的正面上，同时向法军发起了进攻。
在战线南段，实施进攻的联军主力发展非常顺利。由于在兵力上占有大约4:1的优势，他们迅速攻克了位于哥尔德巴赫河东岸的特尔尼兹村，进到了西岸的佐克尔尼兹村，迫使法军逐渐向后退却。按照拿破仑的计划。战斗开始以后，就是要把联军主力牵制在南段，一旦出现机会，则在中段给以决定性的一击。但是，战斗的进程出乎拿破仑的意料，联军进攻猛烈，以致很快突到了哥尔德巴赫河西岸。
为了制止俄奥联军向南段法军的侧后实行迂回，稳定防御阵势，同时也吸引更多的联军投入这个方向，拿破仑命令，配置在该段第二线的第3军迅速投入战斗，从西南方向突击敌人的左侧后方。由于法军的新锐力量突然实施猛烈的反击，已经渡过哥尔德巴赫河的联军，被迫向河的东岸撤退。
对于联军来说，南翼的进攻遭受一点挫折，进到佐克尔尼兹村的部队暂时撤了回来，完全是无关大局的情况。联军总司令奥斯特里茨战后库图佐夫对此是理解的。当时，库图佐夫尽管事实上已被剥夺了指挥权，但他仍带领一个军的兵力，稳坐在普拉岑高地，静观战局的进一步发展，等到了关键时刻再把这支部队拿上去。可是，刚愎自用的沙皇却已按捺不住。他看到联军主力的攻击受挫，进攻部队开始出现后退现象，没有征求库图佐夫的意见，便命令占领普拉岑高地上的这个军放弃阵地，前去增援南翼的联军。他的目的是要保障南翼联军右翼和侧后的安全，同时增强那里的攻击能力。殊不知这样一来，便自己把联军的整个部署给打乱了。
拿破仑一直在等待的时机终于来到。上午9时左右，他透过逐渐消散的晨雾，看到俄军正自动撤离普拉岑高地，于是立即命令第4军以其左翼2个师转入进攻，迅速从普拉岑高地北侧攻占该高地。尽管该军的另一个师正协同右邻第3军，抗击着联军的主力，兵力并不雄厚，但由于俄军已经撤出阵地，因而进展顺利，只经过短暂的战斗就占领了这一要点。
普拉岑高地一经失守，亚历山大随即意识到了自己的失策，因而在库图佐夫的协助下，下令将所有的预备队调上来，企图重新夺回这一高地。这样一来，在高地附近展开了激烈的争夺战。双方的骑兵进行了非常猛烈的冲杀。在反复争夺中，俄军只有一度重新登上高地，但在法国近卫军的轻骑兵及时赶到时，又被迫退了下来。尔后，俄军再一次投入骑兵，再一次进行猛烈反扑。眼看法军又有可能被压回来。正在千钓一发之际，贝西埃率领近卫军的一部分重骑兵赶到，并且从俄军的侧翼猛冲过来，致使俄军阵脚大乱。这样，俄军连续四次进行了猛烈反击，结果都被法军打退，到中午11时左右，即经过2小时的拉锯战以后，俄军终于再也无力对普拉岑高地进行反击了。紧接着，法军转入进攻，把俄奥联军从阵地中央切开，使他们分为互相不能策应的南北两个部分。位于南面的联军主力，完全暴露在占领普拉岑高地的法军火力之下。
与此同时，在北段进行的战斗也是非常激烈的。法军的第5军和第1军在缪拉的骑兵军的配合下，顽强地打退了联军两个军的多次冲击，稳稳地坚守着阵地。而在削弱了联军的进攻能力以后，缪拉的骑兵军和拉纳的第5军果断地进行了反击，把北面的联军赶回到了奥斯特里茨。
联军在整个战线的中部和北部都被法军彻底击溃了。只有在南部的主力，还被法军第3军和第4军的一部分兵力牵制着，正处在普拉岑高地和扎钱湖之间，在孤立突出的不利态势中。其左翼是沼泽地和湖泊，右翼和侧后受到占领普拉岑高地的法军的威胁，处境更是危急。拿破仑极其敏锐地发现并迅速利用了这一有利时机。他在占稳普拉岑高地以后，很快把火炮调了上去，用以支援法军的全线反攻。
拿破仑指挥法军主力对联军南翼3个军的翼侧和侧后实施了最后的突击。法军呼喊着从高地的斜坡横扫下去。面对这一无法抵挡的洪流，联军很快就溃散了。只有少数人逃往布尔诺方向，大部分被压缩到了扎钱湖和莫尼茨湖之间的沼泽地带。这些人员当中，得路逃生的不多。他们被赶到了刚刚结冰的湖面上，人马车炮，拥挤不堪；而在这时，普拉岑高地上的法军炮兵，开始向湖面进行猛烈轰击。顷刻之间，冰碎炮翻，人员纷纷落水，据说有几千人葬身湖底了。在这样完全被动挨打的情况下，联军士兵无可奈何，纷纷地放下武器，当了俘虏。
联军惨败的局面已经非常明朗了。整个联军的溃散势不可挡。就连弗兰西斯和亚历山大的侍从人员，也都顾不得皇上的安危而把两位至尊丢在路上，各自去逃性命。也许可以说，是冬天短暂的白昼救了两位皇帝的性命，使他们侥幸地逃出了法军的包围。在激战中，联军总司令库图佐夫负了伤，差一点当了法军的俘虏。
下午4点30分，天降小雪。拿破仑策马巡视战场，奥斯特里茨战役以法军的辉煌胜利告终。