Французы заняли позицию у ручья Фантаноне и стали отбивать яростные атаки противника. Но, несмотря на стойкость французов, австрийцам удалось их потеснить. Ручей был форсирован, австрийцы заняли Маренго. Еще через некоторое время французы сдали Кастель Чериоло. Части Виктора в это время уже откатились к Сан-Джулиано.
Наполеон бросил в бой резервы. Так, корпус Моньера (три с половиной тысячи человек) на время вернул Кастель Чериоло, но через час (около 3 часов дня) был вновь отброшен оттуда. Не решили исход боя и 800 гренадеров Консульской гвардии. Началось общее отступление французской армии, которое прикрывал Ланн и гвардейцы Наполеона. Как и предыдущую оборону, его можно назвать героическим. Отступающий корпус Ланна прошел четыре километра под шквальным огнем австрийской артиллерии, отражая постоянные атаки пехоты и кавалерии. Однако было очевидно, что битва проиграна. Мелас послал гонца в Вену с радостным сообщением о достигнутой победе, захваченных трофеях, отступлении французов. Австрийский командующий счел возможным покинуть поле боя и оставить для продолжения и завершения наступления командующего штабом Заха.
Канонада начала стихать, некоторые австрийские отряды останавливались и разбивали лагеря. Надежда у французов была только на наступление темноты, которая дала бы им передышку и возможность без потерь покинуть поле боя. Однако оказалось, что до конца еще далеко. В начале четвертого часа битвы на арене боевых действий появилась дивизия генерала Дезе. В первой половине дня Дезе, двигавшийся с колонной для того, чтобы отрезать мнимому неприятелю путь от Генуи, услыхал позади канонаду и приказал немедленно развернуть колонну и быстрым маршем идти на гул орудий. Встретившийся по пути курьер Наполеона, которому было приказано спешно возвратить генерала, подтвердил подозрения Дезе. Появившись на поле боя, генерал обратился к консулу со словами: «Мы проиграли первую битву, но у нас еще есть время для второй».
Наполеон и Дезе быстро привели войска в порядок. Теперь армия была собрана в один кулак. Вперед выдвинулись орудия Мармона и Дезе и начали обстреливать неприятельские ряды. Около пяти часов вечера из-за этой батареи свежие войска Дезе повели стремительную атаку на центральную австрийскую колонну Заха. Сам французский генерал был убит в начале этой атаки, однако его солдатам удалось прорвать австрийские ряды. В нужный момент к атаке подключились драгуны генерала Келлермана, которые при артиллерийской поддержке расстроили австрийский центр. В плен попал Зах и еще 2 тысячи человек, драгуны с консульскими гвардейцами ударили и опрокинули неприятельскую кавалерию. Следующую волну наступающих возглавили Ланн, Виктор и Моньер. Здесь уже проявилась традиционная тактика наполеоновских войск – атаки колоннами, с постоянной подпиткой боя из глубины, создание мощного давления на главном участке боя.
Австрийцы, не выдержавшие нескольких мощных и концентрированных ударов, были откинуты на Маренго, тысячами бежали к реке Бормида. Вслед за первым курьером в Вену отправился второй, теперь уже с печальной вестью. К полуночи битва была полностью выиграна французами. Они потеряли четыре тысячи человек, в то время как потери австрийцев насчитывали, по разным данным, от девяти с половиной до двенадцати тысяч человек, не считая потерянных пушек. На следующий день совершенно растерявшийся Мелас был вынужден подписать унизительное перемирие. Наполеон впоследствии очень гордился своей победой при Маренго и ставил ее в один ряд с Аустерлицем и Йеной. Битва при Маренго действительно сыграла огромную роль в истории Франции и развитии дальнейших событий. Поражение могло свести на нет все внутриполитические усилия Наполеона, пагубно сказаться на карьере выдающегося политика, ускорить реставрацию Бурбонской монархии, предотвратить колоссальные французские завоевания в Европе. Однако решающую роль в битве сыграл генерал Луи Дезе. Вечером 14 июня 1800 года триумфатор Маренго воскликнул: «Как хорош был бы этот день, если б сегодня я мог обнять Дезе!»
В том же году были одержаны блестящие победы Моро, которые открывали перед ним дорогу на Вену, но Наполеон, вероятно, не хотел, чтобы кто-либо отнимал у него славу победителя Австрии, а потому решающий приказ не был отдан. В феврале 1801 года с Австрией был заключен Люневильский мир. От Австрии окончательно была отторгнута Бельгия, она уступала Франции Люксембург, все германские владения на левом берегу Рейна, признавала образованные Наполеоном Батавскую республику (Голландия), Гельветическуюреспублику (Швейцария), Цизальпинскую республику, Лигурийскую республику (Генуя и Ломбардия)[15].
Пьемонт оставался занятым французскими войсками. Через некоторое время Тоскана была преобразована в королевство Этрурия и отдана инфанту Пармскому. Это было уже что-то новое в действиях Наполеона. Как говорил один из современников: «Генерал создавал республики, первый консул умудрился создать королевство». Не свидетельствовало ли это о том, что само слово «монархия» более не пугало Бонапарта?