Около 11 утра, когда дистанция между противниками сократилась до 5 километров, на мачте «Виктори», флагманского линкора англичан, был поднят сигнал к началу сражения, по сей день считающийся образцом военной риторики: «Англия ожидает, что каждый исполнит свой долг» («England expects that every man will do his duty»). Англичане подняли белый флаг Святого Георгия. Над кормами французских кораблей, сопровождаемый возгласами «Да здравствует император!», взвился трехцветный флаг. В то же время испанцы, под флагом обеих Кастилий, подняли длинный деревянный крест.
Однако первые орудийные залпы прозвучали только в полдень. После того как Вильнев подал сигнал к бою, 74-пушечный линейный корабль «Фуге» выпустил первое ядро по вырвавшемуся немного вперед вражескому «Ройял Соверену». Но флагманский корабль Коллингвуда, ни на одно мгновение не уклоняясь от своего пути, молчаливый и бесстрашный шел к кораблю «Санта-Анна» и первым вплотную сблизился с противником. Несколько ядер, попавших в корпус британского судна, не причинили вреда команде, которой приказано было лечь у пушек. Около 12 часов 30 минут «Ройял Соверен» прорезал строй вражеского арьергарда под кормой 16 корабля (испанский линейный корабль «Санта-Анна») с конца колонны. Выпустив орудийный залп по «Санта-Анне», «Ройял Соверен» открыл огонь по «Фуге», из пушек которого немедленно раздались ответные залпы.
Вслед за флагманским кораблем Коллингвуда, однако со значительными интервалами по времени, поочередно стали прорезать строй союзного арьергарда и остальные корабли его колонны. С расстояния нескольких десятков метров они давали залпы, причиняя судам союзной эскадры серьезные повреждения и нанося большие потери в личном составе. В те времена эскадры во время боя обычно подходили бортами друг к другу и вели огонь из всех пушек одного борта. Нельсон решил сосредоточить сначала удар на пятом или шестом корабле вражеского строя, уничтожить его, расчленив тем самым боевой порядок противника, и затем уже расправиться с остальными судами.
Как уже не раз говорилось, английские стрелки вели огонь по противнику примерно в три раза быстрее, чем французы и испанцы. Это, безусловно, сказалось на результатах боя, в котором решающую роль играла артиллерия. Но, несмотря на эти, казалось бы, благоприятные условия, намечавшееся планом сосредоточение превосходящих сил английского флота на направлении главного удара (15 кораблей против 12 союзного арьергарда) из-за просчета адмирала Коллингвуда в маневрировании, не удалось. По причине ошибочного маневрирования пятнадцати английским кораблям, действовавшим на главном направлении, пришлось вести бой с шестнадцатью союзными кораблями. Сам «Ройял Соверен» вел жаркую схватку с испанским кораблем «Санта-Анна», с дистанции около 400 метров обмениваясь бортовыми залпами. Дуэль противоборствующих команд продолжалась два часа. Кроме того, англичане не смогли добиться и одновременности атаки. Их корабли вступали в бой поодиночке и с большими промежутками по времени, что ставило их в чрезвычайно невыгодное положение, так как противник получал возможность сосредоточивать против них превосходящие силы. Однако союзники не использовали и этой возможности.
Вскоре флагманский корабль Коллингвуда атаковали 74-пушечные судна противника «Сан-Леандро» и «Фуге», а вслед за этим свой огонь на него обрушили 80-пушечный «Эндомтабль» и 74-пушечный «Сан-Хусто». Лишь через четверть часа на помощь «Ройял Соверену» подоспел 74-пушечный «Белайл» под командой Уильяма Харгуда. Пройдя между кораблями «Санта-Анна» и «Эндомтабль», он обрушил мощный огонь на вражеские суда, но затем был встречен «Фуге». Корабли союзников зажали в тиски «Белайл». Французские и испанские канониры вели по нему огонь буквально со всех сторон, в результате которого этот корабль получил самые сильные повреждения в британской эскадре.
Тем временем в бой вступил третий корабль колонны Коллингвуда – 74-пушечный «Марс», а через 15 минут вплотную к противнику подошел 74-пушечный «Белле-рофон» под командованием Джона Кука. Он сразу же вступил в схватку с испанским судном «Монтаньес», но тоже вскоре оказался зажатым со всех сторон – с правого борта по нему вел огонь «Эгль», с левого – «Монтаньес»; 74-пушечная «Багама» обстреливала носовую часть, а «Сан-Хуан Непомусено» открыл продольный огонь с кормы.