海战阵型示意图，红色为英军，蓝色黑色为法西联军
整个特拉法尔加大海战分为三个阶段：柯林伍德的攻击，纳尔逊的攻击和法将杜马罗尔反攻失败。
当“弗高克斯”号向“王权”号开炮时，“王权”号仍继续保持航向不变，切进了法舰“弗高克斯”号和西班牙舰“圣安拉”号之间。“王权”号用左舷炮轰击“圣安拉”号的船尾，使之遭受重创。接着又对着“弗高克斯”号发射右舷的火炮，此后又驶近“圣安拉”号的右后段，再向它射击。柯林伍德不久发现他周围都是敌船，经过40分钟的猛烈轰击之后，“王权”号已变成了一个无法控制的空船壳，不久就由英巡洋舰“欧亚拉斯”号拖曳着行驶了。下午2时20分，西班牙舰“圣安拉”号已经完全丧失了战斗力，乘员死者104人，伤236人，开始下旗投降。于是，布莱克伍德上校跃过船去，把重伤垂危的阿尔发海军少校运过“欧亚拉斯”号上面来。
在“王权”号出战8分钟后，英舰“贝里岛”号也从“弗高克斯”号的后面切入敌线。也和“王权”号一样，它立即为几艘敌舰所包围。“贝里岛”号主桅被炸断，有段时间连一炮都发射不出来。虽然如此，它却把军旗钉到后桅杆上，继续不屈地奋战。以后才被3艘英舰救出。
在“贝里岛”号攻击之后一刻钟，“火星”号也投入了战斗。以后其它每一艘英国军都是以这种方式分别地切入敌线，向首尾两端的敌舰用两侧的舷炮猛击，使每艘敌舰都受到了连续的集中火力。等到柯林伍德的最后一艘战列舰“亲王”号投入攻击时，已经是下午3时。到战斗结束时，与柯林伍德交战的共有15艘法西两国军舰，其中10艘被俘，1艘被击沉。逃走的只有4艘，其中有1艘为西班牙旗舰“奥国王子”号，上面载着垂死的西班牙海军将领格拉维拉。
在柯林伍德纵队开始作战25分钟后，纳尔逊纵队也投入战斗。与前者不同，它始终保持着不规则的鱼贯形队形。纳尔逊亲乘旗舰“胜利”号，率“提米莱尔”号、“海王星”号3艘三层甲板战列舰向联合舰队的前卫中央挺进。下午12点24分，“胜利”号的左舷炮开始射击。交火不久，“胜利”号和“提米莱尔”号即开始向右旋转，纳尔逊是在寻维尔纳夫的旗舰。虽然“胜利”号上的一切望远镜都在搜寻之中，想发现维尔纳夫的司令旗，但结果还是一无所获。于是，“胜利”号遂趋前攻击“三叉戟”号，假定维尔纳夫可能是在这艘最大的四层甲板军舰上。当“胜利”号向“三叉戟”号前进时，即发现在该舰后方有一艘法国两层甲板战舰的前桅上，挂着总司令的将旗，它就是“布森陶尔”号。“胜利”号冒着敌火，不久即钻到了“布森陶尔”号的后方，用其船头上的短炮（68磅）和侧舷的火炮，向“布森陶尔”号的舷窗中猛射，使它受到了极大的损毁。当英舰“海王星”号和“征服者”号接近了“布森陶尔”号之后，“胜利”号遂向右一转，与法舰“敬畏”号平靠着。
胜利号风帆战列舰
“胜利”号和“敬畏”号立即纠缠在一起，双方乘员都准备跃上对方甲板，但是法国人的企图为英方的火力所制止，伤亡颇多。差不多又过了一个小时，两舰还是绞在一起，当纳尔逊正在后甲板上与舰长哈迪一同行走时，从“敬畏”号船桅上射来一颗枪弹，子弹打在他左肩的肩章上，透入了其胸部，落在他的脊椎骨上。他扑倒在甲板上，但他爬起来之后就说：“他们终于把我解决了。哈迪……我的背脊骨已经被射穿了。”他被抬入了船舱，到了下午4时30分，纳尔逊得知会战已胜利的消息后说：“我感到满意。”他亲吻了哈迪舰长：“感谢上帝，我总算尽了我的职责。”然后心脏停止了跳动。
当“胜利”号正在与“敬畏”号交战时，英舰“提米莱尔”号驶向前去，向“三叉戟”号开炮，接着又向“敬畏”号射击。不久以后，法舰“弗高克斯”号在同英舰“贝里岛”号交战之后后，又转过来协助“敬畏”号，却为英舰“提米莱尔”号所抓住厮杀。
胜利号老照片
英舰“海王星”号先开始向法舰“布森陶尔”号射击，然后再去进攻“三叉戟”号，一个半小时后，“三叉戟”号乘员战死245人，负伤173人，这艘巨型的四层甲板战舰遂开始下旗投降了。对于在这艘船上的景象，英舰“海王星”号上的船员巴德柯克说“我踏上这艘大船去收容俘虏，其死伤人数在三四百之间，到处都是血肉，后甲板上堆满伤兵，有的没有脚，有的没有手。”
英舰“不列颠”号接着也跟上来了，其后面是“巨人”号和“征服者”号。后述两舰夹击“布森陶尔”号，下午2时5分，维尔纳夫终于坚持不住，下令“布森陶尔”号降旗投降，维尔纳夫成了英国人的俘虏。在其舰上的惨状，“征服者”号上的英军上尉记载：“到处都是死尸，景象非常之凄惨。死伤总数在四百人以上，多数尸体没有脑袋。”
在“胜利”号开始作战40分钟后，英舰“阿贾克斯”号才开始作战，而“阿加门农”号还要更迟。“非洲”号、“奥利安”号在与舰队失去联络后，也都相继赶到参战。当维尔纳夫降旗投降时，纳尔逊纵队中的最后两艘船，“米罗陶尔”号和“斯巴尔特”都还不曾参加战斗。
特拉法尔加海战的最后阶段是联军将领杜马罗尔的反攻，这不过是勉强的如此定名而已
杜马罗尔的支队处于联军舰队的前卫。当下午12时30分，纳尔逊钻入了联军的中心之后，维尔纳夫即发出了一个通令，要所有尚未参加作战的船只，都一律自动地投入战斗。杜马罗尔对维尔纳夫的通令并无反应，此后维尔纳夫即再没有注意他。半点钟之后，杜马罗尔仍向北航行，结果遂使前卫与中央之间产生了一个空隙。此时他仍不知发挥其主动精神，反而要求命令。维尔纳夫直到下午1时50分才命令杜马罗尔赶来支援其正受着强烈压迫的中央部分。但是，风力非常微弱，转变航向十分困难。等杜马罗尔好不容易调过头来南下时，维尔纳夫已降。但杜马罗尔还是作了最后的反击，他把10艘军舰分为两部分先后投入战斗。结果，第一批5艘军舰中有4艘被迫向英舰投降，另1艘逃往加的斯。第二批5艘军舰有1艘被迫投降，其余4艘向南逃逸，其中包括杜马罗尔的旗舰“恐怖”号
接驳战，当时海战主要形式之一
10月21日下午4时30分，炮声终于停了下来，但弥漫的硝烟、浓厚的火药味仍笼罩在战场上空。鲜血染红了海面，有的军舰还在燃烧。整个会战，英军死449人，伤1214人。法军死3373人，伤1155人。西班牙军死1022人，伤1383人。总计联合舰队被俘三四千人之间。伤、毙、俘加在一起，共有1.4万人。法国和西班牙联合舰队的33艘战列舰中，有12艘被俘，7艘完全丧失战斗力，1艘正在起火燃烧，9艘逃往加的斯，4艘逃向直布罗陀。当夜幕将垂时，风暴大作，一连就是四天，多数负伤船只都自动沉没，包括所有的英军战利品在内，只有4艘例外。而在整个会战中和风暴之中，英国都未损失
10月27日，柯林伍德派拉皮罗提尔中尉所指挥的小船“皮克尔”号回国报捷。11月4日，拉皮罗提尔在法尔茅斯上岸后，在那里只停留了半点钟，即出发前往伦敦。他一路调换了19次马，于11月6日清晨1时赶到海军部。拉皮罗提尔见到英国海军部长的第一句话是：“报告！我们获得了一次伟大的胜利，但是却丧失了纳尔逊勋爵
纳尔逊之死
特拉法尔加海战是帆船海战史上以少胜多的一场漂亮的歼灭战，也是19世纪规模最大的一次海战。纳尔逊在这场海战中敢于突破陈旧的战斗序列理论，运用灵活机动的战术，使法国和西班牙联合舰队一败涂地。纳尔逊非凡的胆略和高超的指挥艺术，使他成为一代名将而功垂史册。英吉利民族为他而深感自豪。他的敌人拿破仑对他也是推崇备至的，当听到纳尔逊的死讯后，拿破仑当即命令在每艘法国的军舰上，都应挂上纳尔逊的画像，一是为纪念他，同时也是以他作为法军学习的榜样。这从一个侧面也反应出拿破仑所具有的统帅气质和大将风度。
英国军事理论家富勒在《西洋世界军事史》中评价说：“无论从那一方面来说，特拉法尔加海战都是一个值得记忆的会战，它对于历史具有广泛的影响。它把拿破仑征服英国的梦想完全击碎了。一百年来的英法海上争霸战从此告一结束。它使英国获得了一个海洋帝国，这个帝国维持达一个世纪以上。
关于此次海战，除了战术上的原因之外，实际上关于武器装备以及人员素质上，双方差距也是十分明显。
第一：英国作家布莱恩·拉维里在纳尔逊的海军一书中曾介绍到当时西班牙海军的一大特点即是水手人力不足，无敌舰队与唐斯之战之后，西班牙海军一直没有很好得恢复元气。而舰员中的陆军（步兵+陆军炮兵）比例较高，约为30%，而英舰陆战队的比例约为20%。而这套档案显示的情况则更为夸张，普遍达到了40%-50%，超出50%者亦不少。在一艘战列舰上搭载如此多的陆军部队，其战斗力可以想见。
也许西班牙人还是想重现地中海海战，不靠舰队互射，而是靠陆战队登船作战夺取战舰。
Carronada（卡隆炮）
第二：西班牙战列舰的火力问题比较复杂。首先在长炮数量方面，不少74炮舰的主炮为24磅炮，而英法战舰早已普及了32磅或36磅炮。在短炮方面，西班牙则有非凡表现。西班牙战舰普遍装备了大小不等的榴弹炮，圣安娜与奥斯图里亚亲王两舰甚至装备了10门和14门48磅榴弹炮（考虑磅数差别，相当于英制的51磅），而24磅以上的重型榴弹炮也相当普遍。另外，一些战舰也装备了Carronada（卡隆炮）。这使得西班牙战舰纸面上的侧舷投射量远远超过了短炮数量稀少的法国，完全可以比肩——甚至更胜于——装备大量卡隆炮的英国战列舰（何况英国的卡隆炮装备在不同个体间也有巨大的差异）。
但与法国的舰载榴弹炮一样，发射榴弹在实战中被认为过于危险，并未有过什么实战表现。一些资料认为， 这些榴弹炮被用来发射实心弹和霰弹。而这份档案的可贵之处在于，它给出了舰队出航前实际的弹药装载情况。这使我们完全可以弄清楚西班牙短炮的用途和实战情况。但结果则出乎意料地糟糕。
风帆战列舰甲板
首先，San Leandro、Rayo等舰装备了28、32磅卡隆炮，但是在弹药装载部分，我们完全找不到对应口径的实心弹和葡萄弹包。也就是说，这些卡隆炮要么并不存在，要么没有供其使用的弹药，总之无法参战。
其次，对于为数不少的48磅、30磅榴弹炮，其对应弹药往往只有每炮10发的榴弹，而没有实心弹和葡萄弹。口径与实心炮通用的36磅和24磅榴弹炮，实心弹与葡萄弹包的配置数量也仅是按照长炮数量比例配置而来，并没有为榴弹炮配置长炮定额之外的实心弹和葡萄弹。更糟糕的是什么弹药都没有，至圣三一号的24磅榴弹炮就属此例。也就是说，在特拉法尔加海战中，西班牙的重型榴弹炮既不能发射实心弹，也不能发射葡萄弹，而仅仅装备了被认为难以使用的、在英国方面的叙述中完全无迹可寻的、完全可能从未投入使用的榴弹——甚至连榴弹都没有。这不仅比英国卡隆炮的实战情况糟糕得多，甚至还不如装备数量稀少、但至少能发射葡萄弹的法国榴弹炮。
操炮班组
结果，西班牙在长炮炮力上逊色于英国和法国，看似强大的短炮更是中看不中用，舰员则充斥着不懂海战的陆军部队。即便其军官团素质较法国更强，这样的舰队被英国海军打得惨败也是毫不足奇的。
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