Русский полководец, поняв основной замысел Наполеона, еще до отступления четвертой колонны успел послать приказание Буксгевдену отступить. Но тот его вовремя не выполнил, что привело к самым печальным результатам. Сломив сопротивление четвертой колонны, французы вышли во фланг и тыл левофланговой группировки союзных войск, обрушив на нее новые удары.
В одиннадцать часов император Александр I, видя неудачные атаки и крайнее расстройство войск, приказал отступать к Аустерлицу. Но было уже поздно. В сражение пошли войска из второй линии наполеоновской армии. Соединенная армия русских и австрийцев оказалась расчлененной на три части, что очень обнадеживало французов.
И только мужество и стойкость русских полков, таких как лейб-гвардии Конный, и командование таких военачальников, как Дохтуров, не позволили Наполеону до конца осуществить свой план полного разгрома австро-русских войск. В шестом часу вечера наступающая темнота остановила Аустерлицкую битву.
Разгром Соединенной армии был полный. Потери союзников убитыми, ранеными, попавшими в плен и пропавшими без вести (утонувшими) исчислялись в 26 992 человека и 155 орудий. В том числе русских — 21 тысяча и 130 орудий; австрийцев — 5992 человека и 25 орудий. Потери наполеоновской армии составили 8566 человек: 1290 — убитыми, 6943 — ранеными, 333 человека пленными.
Аустерлицкое сражение вошло в историю как «битва трех императоров». В нем полководческий гений одного монарха победил самонадеянность и военную неопытность двух других. Наполеон Бонапарт в своих мемуарах писал, что имел до тридцати подобных сражений, «но ни в одном из них победа не была столь решительной, и ни в одном исход не подвергался столь незначительным колебаниям». Вместе с тем, по мнению французского императора, «под Аустерлицем русские показали более мужества, нежели в других битвах с ним, более даже, нежели под Бородином».
Еще шло Аустерлицкое сражение, а в самом Аустерлице, в замке князя Кауница, проходило совещание Венского кабинета министров, решавшего вопрос: куда отступать в случае неудачи. Поскольку в Венгрии не подготовили необходимых запасов для Соединенной армии, было принято решение начать с Наполеоном переговоры о мире. После поражения союзников император Франц I объявил российскому монарху о решении Венского кабинета и направил к победителю князя Лихтенштейна.
Император Александр I во время отступления Соединенной армии сполна испил чашу унижения. Его свита растерялась, и самодержавного монарха сопровождали всего четыре человека. По дороге он почувствовал себя плохо и остановился в крестьянской избе в селе Уржице. Скорее всего, сказалось страшное нервное перенапряжение.
Лейб-медик Я.В. Виллие пришел в главную квартиру императора Франца I, расположенную в доме местного священника, и попросил у австрийского обер-гофмаршала немного вина для облегчения страданий Александра I. Но тот отказал, ответив, что у него «едва достаточно вина императору Францу». В этом ответе выразилось подлинное неуважение австрийцев к союзному монарху.
22 ноября (4 декабря) М.И. Голенищев-Кутузов заключил на сутки перемирие с французской армией, чтобы дать австрийцам возможность начать мирные переговоры. Через два дня Франц I дал обещание Наполеону в том, что в месячный срок русские войска покинут территорию Австрии. А еще через два дня император Александр I покинул армию и выехал в Санкт-Петербург.
14 (26) декабря 1805 года в Пресбурге (ныне город Братислава, столица Республики Словакии) габсбургская Австрия подписала с наполеоновской Францией унизительный мир. Австрия потеряла свои владения в Германии, Тироль, Венецию и уплачивала 100 миллионов франков контрибуции.
По условиям перемирия русская армия уходила на родину. Ее уводил из Австрии главнокомандующий генерал от инфантерии М.И. Голенищев-Кутузов. Во время движения русских войск недавние союзники — австрийцы — перестали заботиться об их продовольственном снабжении. Среди солдат и офицеров росло недовольство, усиливались антиавстрийские настроения. Михаилу Илларионовичу пришлось отдать специальный приказ по армии, запрещавший вести подобные разговоры.
В это время Наполеон одержал еще одну победу: прусский королевский посол граф Х.А. Гаугвиц, не имея никаких на то полномочий, подписал в Вене акт о союзе Пруссии с Францией.