拿破崙第二次進入維也納之後，面對的主要問題是如何擊敗查理大公的主力，一勞永逸地粉碎奧地利的軍事力量。而此時必須把全軍送過多瑙河，然而此時阿爾卑斯山區冰雪消融，河水氾濫，並且奧軍已破壞了河上的一切橋樑。在洪水氾濫期試圖將全軍都送過多瑙河以追殲十萬行蹤不明的敵軍，這在當時是最危險的軍事行動，而且他只帶僅僅十萬人。
最終拿破崙決定在維也納和普雷斯堡之間這段長四十英里的河道，開展渡河作戰，而在渡的期間僅遭到奧軍警戒部隊的輕微抵抗。這正是查理大公設的圈套，查理大公已將軍隊集中在多瑙河北岸的平原上，他的企圖是先讓法軍渡向北岸，然後乘其半渡之際，將他們一舉趕下水去。他的陷井佈置得很好，法軍果然中計。
5月21日拂曉，馬塞納的四個師和拉薩爾的兩個騎兵師已在對岸艾斯林和阿斯佩恩之間展開，拿破崙本人也從洛鮑島過了河。下午約近2時，查理大公發起進攻，把法軍趕出了阿斯佩恩。拉薩爾的騎兵進行反擊，整個下午雙方都為這兩個村莊而展開了激烈的爭奪。隨之，拿破崙的軍事行動遭到自然災害的打擊。由於洪水驟至，河面陡漲四英尺，把主橋的一些錨鏈扯斷，浮舟被洪水捲走。孤立在對岸的三萬法軍既得不到生力軍增援又得不到彈藥補充。而奧軍在查理大公的親自率領下仍在不停頓地進攻。法軍經過拼死努力一直到午夜才將舟橋修復。
拿破崙並未被這一災難嚇倒，他決定次日繼續爭奪。命令貝西埃爾指揮全部騎兵，並以拉納軍和近衛軍增援橋頭陣地。還差人去召喚達武軍，該軍當時正在監視維也納上游的多瑙河渡口。但不等達武軍到來，災難又接踵而至。奧軍從上游放下了滿載著石頭和熊熊燃燒的木材的火船，火船直衝主橋，將主橋再次毀壞。北岸的部隊此時已完全精疲力竭而且彈藥也快耗盡。22日下午2時，拿破崙命令北岸的部隊全部撤到多瑙河的島上，由馬塞納擔任後衛部隊的指揮。撤退一直到夜幕降臨還在進行，就在這次撤退中，拉納受致命傷。
在經過開會調整之後， 6月30日傍晚，拿破崙用馬塞納軍的一個師在阿斯佩恩以南的舊橋址發動佯攻。但是令拿破崙驚詫的奧軍實際上未作抵抗，結果馬塞納得以將奧軍前哨逐回阿斯佩恩並架起了一座架柱橋。但是事實上，奧軍主力撤退之後組織了一個半圓形的陣地，等待法軍主力進入圓心，奧軍另外一支軍隊佔領橋樑，形成對法軍的合圍。
但拿破崙對查理大公的作戰計劃和兵力部署一無所知，他自恃兵力強大，認為只要渡過多瑙河即可輕易取勝。7月2日，法軍開始在原渡河地的下游開始渡河，原渡河點設置了一個師步兵和113門火炮留守，以便在失敗之後仍然可以撤退。
7月4日晚，風雨交加，電閃雷鳴，暴風雨分散了奧軍的注意力，加上查理大公的主力在北邊七英里遠的地方守候他們，所以法軍渡河時沒有遇到任何抵抗。而且由於奧軍配合不力，準備攻佔橋樑的奧軍被法軍擊退，讓奧軍合圍的戰略沒有實現。
7月5日拂曉時，天卻開始放晴並轉熱了。法軍在下午3時完成了扇形接敵運動並抵近奧軍佈防的四面弧形陣地。但查理大公此時卻不急於交戰，因為其參戰各軍尚未完全展開，其弟約翰也相距甚遠，約翰如到達即可構成合圍。本來查理大公如果在拂曉時乘法軍半渡之際發起攻擊，他可能已將法軍徹底殲滅。
馬塞納軍的四個師構成整個法軍的左翼，從一開始他就與奧地利克里勞軍在阿斯佩恩附近展開了激戰。拿破崙直到下午6時才將其近衛軍和重騎兵集中到中心點的後方經進陣前偵察，他決定攻擊奧軍在水深流濁的魯斯巴赫河一線的左段。但由於一些指揮官很晚才接到命令，因此他們的進攻都是零星發起的到處受挫傷亡慘重，而奧軍則猛烈反擊。結果不但沒有攻下任何陣地，位於中部的貝爾納多特所指揮的薩克森軍反而被逐出了阿德克拉村，狼狽而回。由於夜幕降臨，拿破崙命令停止戰鬥，打算次日繼續進攻。
豈料7月6日清晨，查理大公竟率先發動進攻。馬塞納的四個師在長達7英里的正面上，被迫抵禦奧軍主力克裡勞軍和柯羅華特軍的衝擊。其右邊的薩克森軍再次被擊潰，而其左邊的布爾代師則被逐出阿斯佩恩村，其火炮也損失殆盡。形勢十分危急，因為，如果奧軍沿多瑙河岸推進，法軍就會被切斷退路。面臨著這種危險，拿破崙只有兩種選擇：要麼將其預備隊也調過河來支援其受威脅的左翼；要麼對奧軍的中路和左翼實施反擊。前一種方案困難在於距離太長，調動複雜，拿破崙遂決定打擊瓦格拉姆，因為這是奧軍左右翼的接合部和中心要點。與此同時，他還可以用右翼部隊席捲魯斯巴赫敵軍全線。
拿破崙要馬塞納不惜一切代價守住左翼，然後命令洛里斯託納和德魯奧把近衛軍的六十門火炮投入戰鬥，集中炮轟瓦格拉姆和阿德克拉之間的奧軍中心。經過長時間，大規模的炮擊之後，貝西埃爾率領重騎兵師向業已動搖的奧軍步兵衝去。接著，麥克唐納所率歐仁的二十營步兵以及隨後跟進的馬爾蒙和符雷德的部隊相繼突破了奧軍中部。同時，右翼的達武在馬爾格拉夫-新錫德爾以南渡過魯斯巴赫河，席捲整個奧軍左翼之後也向瓦爾格拉姆合圍。戰鬥異常激烈，奧軍的抵抗十分英勇。但是，當查理大公在下午4時獲悉其弟約翰的部隊離戰場還有10英里遠時，他這才意識到其圍殲法軍的計劃已告失敗，同時感到即使把這場屠殺繼續下去也於事無補，遂命令部隊脫離戰鬥向北撤入摩拉維亞山區。
奧軍的撤退井然有序，僅丟下重傷員和一些被打壞的火炮。法軍精疲力竭無力追擊，拿破崙已經把所有預備隊都用光了。在近程炮戰中雙方都投入了四百門以上的大炮，因此傷亡慘重。法軍傷亡可能高達三萬餘人，奧軍也可能有二萬六千人。對於拿破崙而言，瓦格拉姆之戰雖不象弗裡德蘭之戰和奧斯特里茨之戰那樣可稱之為壓倒性的勝利，但結果證明它同樣是決定性的。查理大公的軍隊在夜間以數路縱隊向北撤退。法軍於次日才不緊不慢地追擊。7月10日，馬塞納在茲諾伊莫追上奧軍後衛，兩軍交手，馬塞納取勝。此後，奧皇感到自己的軍隊不能再承受更大損失，遂於11日派列支敦士登親王向拿破崙請求休戰，拿破崙欣然同意。他遠離法國本土，況且從西班牙傳來的消息也不容樂觀。戰爭行動雖已告終，但經過了三個月的艱苦談判，雙方才於10月14日在肖恩布魯恩宮最後簽訂了和平條約。
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