Прибыв в Аристово, Дохтуров получил от Дорохова данные, основываясь на которых отправил Кутузову сообщение: «Сию минуту был у меня генерал-майор Дорохов… Все силы, которые видел генерал-майор Дорохов в означенных местах, уверяет он, не превосходят восьми или девяти тысяч. Замечено также им, что около Фоминского и за рекою Нарою при оном селении есть бивуаки и видны огни и артиллерия, но по причине лесистых весьма мест сил неприятеля определить невозможно». Вслед за Дороховым в штаб Дохтурова прибыл командир партизанского отряда А. Н. Сеславин с пленными французами, которых он уже успел допросить. Получив новые данные, Дохтуров немедля составил донесение главнокомандующему и отправил его с дежурным штаб-офицером Д. Н. Болговским.
В донесении Дохтуров сообщил: «Сейчас капитан Сеславин доставил сведение, подученное им от пленных, единообразно показывающих, что в селении Бекасове в шести верстах от Фоминского расположились на ночлег корпус 1-й маршала Нея, две дивизии гвардии и сам Наполеон. Войска сии пятый уже день выступили из Москвы и что прочие войска идут по сей же дороге… Генерал-майор Дорохов извещает, что он получил донесение, что неприятель ворвался в Боровск».
Ночью Болговский доставил Кутузову донесение. Выслушав офицера, Кутузов сказал известные слова: «…С сей минуты Россия спасена».
По сведениям от пленных было ясно, что основные силы французов идут в направлении Малоярославца. Дохтуров сумел оценить стратегическое значение этого уездного городка и, не дожидаясь распоряжений Кутузова, двинул свои части форсированным маршем к Малоярославцу.
Получив донесение, Кутузов отдал приказ Дохтурову как можно быстрее двигаться к Малоярославцу. Приказ Дохтуров получил уже на марше. Одновременно Кутузов двинул главные силы из Тарутина в сторону Малоярославца, отправив вперед на помощь Дохтурову Платова.
Вечером 11 октября войска под командованием Дохтурова подошли к селу Спасскому в пяти верстах от Малоярославца. Но движение его войск было приостановлено из-за того, что крестьяне, заслышав о приближении французов, разрушили мосты через реку Протву. Пришлось срочно сооружать переправу, и лишь за полночь войска перешли на другой берег. К рассвету 12 октября Дохтуров приблизился к Малоярославцу, занятому французами с вечера 11 октября.
В 5 часов утра завязался ожесточенный бой. К моменту подхода Дохтурова город занимали два батальона из дивизии Дельзона головного корпуса французской армии под командованием вице-короля Евгения Богарнэ. Дохтуров ввел в бой 33-й и 6-й егерские полки, которые отбросили французов. Дельзон бросил дополнительные части своей дивизии и вошел в город. Тогда Дохтуров послал 19-й егерский полк во главе с Ермоловым, который вновь вытеснил французов из города. Одновременно остальная пехота Дохтурова заняла высоты и перекрыла дорогу на Калугу, а кавалерийский корпус Меллер-Закомельского и отряд Дорохова — дорогу на Спасское. Артиллерию Дохтуров сосредоточил впереди своих корпусов и в боевых порядках пехоты. Дельзон ввел в бой всю дивизию, схватка ожесточилась.
К 11 часам подошла дивизия Брусье, и французы снова овладели городом и атаковали высоты, на которых расположился 6-й корпус. Русские пошли в штыковую атаку и в четвертый раз взяли город. Тогда Богарнэ ввел дивизии Пино и гвардейскую — город опять перешел к французам. Корпус Дохтурова был в весьма трудном положение когда подошел высланный Кутузовым вперед 7-й корпус Раевского. Дохтуров получил некоторое преимущество и атаковал французов, в пятый раз отбив город.
Вскоре в бой вступил 1-й корпус Даву, вытеснил русских и атаковал их на высотах. Русские, однако, подпустив французов на короткое расстояние, встретили их картечью в упор и довершили дело штыковой атакой, вернув южную часть города. К этому времени подошли основные силы французов во главе с Наполеоном, в бой вступили еще две французские дивизии, вынудившие Дохтурова и Раевского выйти из города. В это же время Кутузов, подошедший с главными силами, обошел город с юга и занял Калужскую дорогу.
Кутузов приказал корпусу Бороздина сменить 6-й корпус Дохтурова, а также послал 3-ю дивизию Шаховского под командованием Коновницына, который и оставался в сражении до его окончания в 23 часа. Руины города остались в руках противника, но армия Кутузова заняла настолько выгодную позицию на высотах южнее Малоярославца и за Немцовским оврагом, что Наполеон на следующий день не решился предпринять никаких действий.
В ночь на 13 октября Наполеон созвал военный совет в деревне Городне. Маршалы его единодушно выразили мнение, что движение на Калугу невозможно. «Прибытие Кутузова на Калужскую дорогу совсем переменило положение дел», — сказал Наполеон. Никогда еще прежде Наполеон не выдавал так явно своего смятения. Он сидел, схватившись обеими руками за голову, облокотясь на стол, устремив взор на карту. Этот эпизод изображен на известной картине В. В. Верещагина.