На левом фланге положение французского корпуса Дуэ становилось все более отчаянным. Растянувшись против обходящего неприятеля в тонкую линию, расстреляв патроны, он не в состоянии был удержать свою позицию. К двум часам дня французы оставили гору Кальвер, и теперь Гаренский лес был взят под обстрел 60 орудиями гвардейского корпуса.
Последнюю отчаянную попытку прорвать кольцо предприняла французская кавалерия. Из Гаренского леса семь кавалерийских полков под командованием генерала Маргерита начали отчаянную атаку. Маргерит в самом ее начале получил тяжелое ранение, и его место занял генерал Галифе. Под шквальным огнем артиллерии по сильно пересеченной местности французская кавалерия атаковала пехоту 11-го корпуса пруссаков: кирасиры внезапно появились из Голье и прошлись по тылам противника, но в долине Мааса наткнулись на прусских гусар и поскакали далее на север.
Гельмут Мольтке так описывал завершающую стадию битвы: «Атака французов повторяется в различных направлениях, в течение получаса продолжается ожесточенная свалка, но со все меньшим успехом. Уверенный огонь пехоты с коротких расстояний покрывает все поле ранеными и убитыми всадниками. Многие падают в каменоломни или срываются с отрывистых скатов, немногим удалось переплыть Маас, и едва ли половина храбрецов возвратилась под защиту леса».
Около трех часов дня французы со всех концов поля боя начали отход к Седану. До 500 орудий с обоих берегов Мааса громили отступавших. Начался штурм немцами Гаренского леса. Через два часа сражение было завершено, а еще раньше капитулировала крепость Седан. Наполеон III приказал поднять над ратушей белый флаг и отправил почтительную записку Вильгельму I. Сражение при Седане стало решающим в ходе франко-прусской войны. Потери французов в нем составили 3 тысячи человек убитыми, 14 тысяч ранеными, 21 тысячу пленными; еще 63 тысячи человек сдались в Седане, а 3 тысячи были разоружены в Бельгии. Пруссаки потеряли 460 офицеров и 8500 солдат.
Разгром армии Мак-Магона открыл пруссакам дорогу на Париж, а пленение императора Наполеона III стало концом монархии во Франции. Уже 4 сентября Франция была провозглашена республикой. Осенью 1870 года республиканское правительство собрало значительные силы для продолжения войны с Пруссией, что явилось для Мольтке неприятной неожиданностью. В декабре у него произошло несколько ожесточенных стычек с военным министром Рооном, который отказывался объявить дополнительный призыв, оставив в результате начальника штаба и фактического главу вооруженных сил бороться против теперь уже превосходящих сил противника. Впрочем, германские войска действовали достаточно уверенно против французских новобранцев. Они заняли значительную часть территории страны, армия Базена в Меце вынуждена была сдаться, как только в крепости был съеден последний сухарь. Прусская армия участвовала и в подавлении Парижской Коммуны в 1871 году. Всего франко-прусская война продолжалась 226 дней. 10 мая 1871 года во Франкфурте французы подписали тяжелый для себя мир, по которому они передавали Германии Эльзас, Восточную Лотарингию и 5 миллиардов контрибуции.
Еще в ноябре 1870 года южногерманские государства вступили в преобразованный из Северного Единый Германский союз. В декабре 1870 года баварский король предложил восстановить Немецкую империю и немецкое императорское достоинство, уничтоженные в свое время Наполеоном. Предложение это было принято, и рейхстаг обратился к Вильгельму I с просьбой принять императорскую корону. 18 января 1871 года в зеркальном зале Версаля было провозглашено образование Германской империи.
Мольтке прочно завоевал славу первого полководца своего времени. Он получил чин генерал-фельдмаршала, Вильгельм I наградил его графским титулом – теперь он был Гельмутом фон Мольтке. Даже российские власти сочли возможным наградить прусского командующего орденом Св. Георгия 2-й степени «за войну с французами 1870 года».