На рассвете 8 февраля русские заметили перемещение неприятельских войск и открыли артиллерийскую канонаду. Французы также ответили огнем и двинули свое левое крыло в атаку. Маршалу Сульту было приказано овладеть несколькими опорными пунктами на правом флангом русских с целью отвлечь их внимание от движения корпуса Даву. Русские отбили атаки Сульта, и сами перешли в контратаку, бросив французов драгун.
Ввиду появления маршала Даву в поле зрения русских, Наполеон приказал Ожеро боевыми колоннами ударить по центру противники; не давая ему возможности сосредоточить силы для отпора Даву. Войска Ожеро и Сент-Илера выполнили приказ. Они двинулись к центру русских по направлению к Серпаллену (Зерпаллену), но были встречены картечным огнем в упор 70 орудий под командованием генерал К. Ф. Левенштерна. Картечный огонь и начавшаяся неожиданно метель ошеломили французов. Воспользовавшись замешательством неприятеля, русские перешли в контрнаступление, в результате которого разгорелся штыковой бой. В течение некоторого времени покрытые мглой снегопада 20 тысяч русских и французов истребляли друг друга в рукопашной. В конце концов, корпус Ожеро, понеся жестокие потери, стал отступать. Преследуя его, русские бросились в атаку…
Ставка Наполеона в этот день находилась на кладбище г. Прейсиш-Эйлау. С командного пункта император видел, как полки русских гренадер сплошной лавиной пошли вперед, опрокидывая французов. Русская кавалерия почти прорвалась к его ставке, гоня перед собой откатывающихся кавалеристов и пехотинцев неприятеля. Вокруг Наполеона сплошным дождем ложились ядра и гранаты. У его ног уже лежало несколько убитых человек из императорской свиты; лишь хладнокровие удерживало солдат от бегства. И в этом огне и грохоте приближенные услышали, как, увидев атаку русских, Наполеон произнес: «Какая отвага! Какая отвага!»
Русская конница уже была близко, и сам император мог быть убить или захвачен в плен. Но в этот миг 90 эскадронов маршала Мюрата во весь опор ринулись на поле битвы. Кавалерия Мюрата, поддержанная гвардейской конницей маршала Ж.-Б. Бессьера, обошла неудачно действующую у Серпалена дивизию Сент-Илера и обрушилась на армию противника. Разрезав русские линии надвое, французская кавалерия столкнулась с русской конницей. Начался бой, скорее, настоящее побоище, как отмечал 58-й «Бюллетень Великой Армии». (См.: Тюлар Ж. Л. Мюрат, или Пробуждение нации. М., 1993. С. 170.) Кавалерийский бой, протекая с переменным успехом, в конце корнов, закончился с большими потерями для обеих сторон. Тем не менее, блестящая атака Мюрата спасла положение французской армии. Противоборствующие стороны отвели свои силы на исходные позиции, продолжая лишь артиллерийскую дуэль.
В полдень корпус Даву, наконец, вступил в сражение. Он атаковали передовой русский отряд у Серпаллена, но с ходу не смог добиться решительного успеха. Сопротивление отряда К. Ф. Багговута вынудило Наполеона ввести в дело значительные силы против центра русских позиций и усилить свой правый фланг. Слева к корпусу Даву примкнула дивизия Сент-Илера, а сзади подошли две драгунские дивизии. Все эти силы стали развивать наступление против левого фланга русских. Отряд Багговута, атакованный одновременно с трех сторон превосходящими силами противника, стал отступать к м. Клейн-Заусгартену. Ввод в бой резервных соединений русских не исправил положения. Левый фланг Беннигсена медленно отходил, оставляя в руках неприятеля опорные пункты своей обороны: Клейн-Заусгартен, Ауклаппен и Кучиттен. Подполковник А. П. Ермолов в своих воспоминаниях так описывал этот момент: «Нападение на левый фланг было успешнее. Не остановили его ни благоразумные распоряжения генерала барона Сакена, ни сопротивление неустрашимого генерал-майора графа Остермана-Толстого. Левый фланг отошел назад и составил почти прямой угол с линией армии». (Записки А. П. Ермолова. 1798–1826 гг. М., 1991. С. 85.)
В этот тяжелый момент начальник артиллерии правого крыла русских генерал А. И. Кутайсов направил с правого крыла к Ауклаппену три конно-артиллерийские роты под командованием подполковника Ермолова. Прибыв на место, Ермолов обнаружил наши войска, истекающими кровью и держащимися из последних сил. Огнем 36 орудий подоспевшая батарея отбросила французскую пехоту и стала громить французские пушки. Приободрившиеся русские вновь овладели Ауклаппеном и утвердились в нем.
В 17 часов вечера на поле боя показались передовые части корпуса Лестока. Подойдя на помощь войскам Остермана-Толстого, пруссаки перешли в атаку. На всех пунктах русского левого фланга французы были отброшены; они удержались с трудом лишь у м. Клейн-Заусгартен, откуда их не удалось выбить. На этом сражение при Прейсиш-Эйлау фактически закончилось. До 21 часа продолжалась канонада с обеих сторон, но обессилевшие армии уже не помышляли о возобновлении схватки.