20 января Наполеон, собрав войска с зимних квартир, двинул их от Алленштейна на север с целью отрезать русскую армию от сообщений с Россией. Беннигсен, узнав об этом, отвел войска к Прейсиш-Эйлау (Восточная Пруссия). Задача русских сводилась к тому, чтобы в оборонительном бою не допустить прорыва противника к Кенигсбергу (последней военной базе пруссаков). В связи с этим войска расположились северо-восточнее Прейсиш-Эйлау, упираясь правым крылом в деревню Шлодиттен, а левым – к мызе Клейн-Заусгартен. Таким образом, русские одновременно прикрывали две дороги – на Кенигсберг и на Фридланд (ведущую к русской границе). Две линии фронта сходились под тупым углом в одном километре от Эйлау. В вершине этого угла была сооружена мощная батарея из 70 орудий. У деревни Шлодитен располагалась батарея из 60 орудий, у Заусгартена – в 40 орудий. Центральная батарея была прикрыта с фронта Московским и Шлиссельбургским полками, и Наполеону не удалось своевременно обнаружить ее. Конница была разделена на три группы: за правым флангом, левым флангом и центром под общим командованием генерала Голицына. Правым флангом командовал Тучков, центром – Сакен, левым крылом – Остерман-Толстой. Общая численность русских войск составляла 68 тысяч человек при 400 орудиях, на подходе был прусский корпус Лестока в 8 тысяч человек.
Наполеон сосредоточил у Прейсиш-Эйлау более 70 тысяч человек и 450 орудий. Главный удар он предполагал нанести по левому крылу русских, чтобы отрезать их от России. В общий план входило окружение и уничтожение противника. Для этого, удерживая войска с фронта, Наполеон распорядился, чтобы Ней и Даву обошли оба фланга русской позиции. Ней также имел приказ не дать соединиться Беннигсену и Лестоку. Левое крыло французских войск (левее дороги на Кенигсберг) занимали три дивизии Сульта. Остальные войска составляли центр и правое крыло и должны были при подходе 25-тысячного корпуса Даву атаковать левое крыло русских, опрокинуть их и выйти им в тыл. Совместно с Даву, наступавшим на Заусгартен, должны были действовать дивизия Сент-Иллера, корпус Ожеро и вся кавалерия. Таким образом, против русского левого фланга император сосредоточил три четверти своих сил.
Сражение началось на рассвете 8 февраля 1807 года с русской канонады. Французы также ответили огнем и двинули вперед свое левое крыло. Дивизии Сульта нанесли отвлекающий удар по войскам Тучкова. Эта атака была отбита. К 10 часам утра в поле зрения русских появился корпус Даву, и Наполеон бросил на центр русских войск боевые колонны Ожеро, чтобы противник не мог сосредоточить силы для отпора Даву. В это время началась сильная метель, а Московский и Шлиссельбургский полки разошлись, обнажив центральную батарею, на которую солдаты Ожеро выскочили совершенно неожиданно для всех своих командиров (включая Наполеона). Практически в упор по глубоким колоннам русские открыли картечный огонь. Корпус Ожеро был почти полностью уничтожен. Русская пехота на этом участке сама пошла в наступление.
Ставка Наполеона в этот день находилась на кладбище в Прейсиш-Эйлау. Он видел, что произошло в центре. Русская кавалерия почти прорвалась к его ставке, гоня перед собой конницу Сент-Иллера и французскую пехоту. Вокруг Наполеона сплошным дождем ложились ядра и гранаты. Император несколько часов простоял под этим огнем, подавая пример стойкости своим солдатам. Вокруг него лежали трупы, несколько адъютантов Наполеона было убито. Положение спасла атака кавалерии Мюрата, обрушившейся на конницу противника. Противоборствующие стороны отвели свои силы на исходные позиции, продолжая артиллерийскую дуэль.
В полдень Даву наконец вступил в сражение, но он не смог сразу добиться успеха, серьезное сопротивление ему оказал отряд Багговута. Наполеон бросил к Даву подкрепление. Отряд Багговута, атакованный с трех сторон, начал отступление к Клейн-Заусгартену. Весь левый фланг русских войск постепенно отходил. В результате он составил почти прямой угол с остальной линией русской армии. Отход остановили переброшенные с правого крыла на левое 36 орудий.
В 17 часов на поле боя показались передовые части Лестока. Они подошли на помощь войскам Остермана-Толстого. На всех пунктах русского левого фланга французы были отброшены, удержавшись только у Клейн-Заусгартена. До девяти часов вечера продолжалась канонада с обеих сторон, но для продолжения широкомасштабного сражения ни у той, ни у другой армии сил уже не было. Корпус Нея появился лишь к 22.00. Узнав об этом, Беннигсен, опасаясь окружения, приказал отступать к Кенигсбергу. Бонапарт стоял у Прейсиш-Эйлау, а потом отошел.
Сражение при Прейсиш-Эйлау – важная веха в истории гениального Наполеона. Он не проиграл, но чуть ли не впервые не выиграл (хотя оба командующих говорили о своей победе). В кровопролитнейшем сражении погибло около 50 тысяч русских, французов и пруссаков. Маршал Ней говорил по поводу этой битвы: «Что за бойня, и без всякой пользы!»