К 15 часам, когда бой достиг наибольшего напряжения, англичане успели ввести в действие только 14 кораблей против 23 кораблей противника. И несмотря на то что их эскадра к этому времени добилась некоторого успеха, захватив в плен несколько союзных судов, все же положение ее было трудным. Многие английские корабли получили настолько серьезные повреждения, что уже не могли продолжать бой. Например, «Белайл», который принял на себя в разное время огонь девяти вражеских кораблей, представлял собой плачевное зрелище, беспомощно покачиваясь на волнах. Если бы авангард франкоиспанской эскадры вовремя пришел на помощь своему центру, а арьергард, где в основном находились испанские корабли, проявил бы больше упорства и настойчивости в достижении поставленной цели, то неизвестно, как бы закончилось сражение. Но этого не произошло. Промедление Пьера Дюмануара и вверенных ему кораблей, ставшее фатальной ошибкой, решило судьбу всего сражения, закончившегося разгромом франко-испанской эскадры.
Около 16 часов уцелевший командир «Виктори» Харди спустился к еще живому вице-адмиралу Нельсону и доложил, что в плен взяты 15 вражеских кораблей. «Это хорошо, но я рассчитывал на 20», – ответил смертельно раненный адмирал. Он отказался передать командование Коллингвуду и, несмотря на многочисленные тяжелейшие ранения, сам отдавал последние распоряжения. В вахтенном журнале корабля «Виктори» есть запись: «Редкий огонь продолжался до четырех с половиной часов, когда, после доклада лорду виконту Нельсону о победе, тот скончался от своей раны».
Адмирал умер еще до окончания боя. Он хотел избежать традиционных похорон, когда могилой моряка становится море, и пожелал, чтобы его тело доставили на родину. Последняя воля командующего британским флотом была исполнена. Тело Нельсона было помещено в бочку с ромом и доставлено в Лондон. Случилось это не сразу. «Виктори» настолько пострадал в бою, что его пришлось наскоро отремонтировать в Гибралтаре, чтобы он смог дойти до Англии. Лишь 5 декабря корабль прибыл в Портсмут. Похороны адмирала Нельсона состоялись 9 января 1806 года. Но его мечта покоиться в Вестминстерском аббатстве не сбылась, он погребен в соборе Святого Павла.
На исход Трафальгарского сражения смерь командующего английской эскадрой уже не повлияла, хотя с этого момента боевые построения кораблей окончательно нарушились. Английские командиры по своему усмотрению выбирали корабли противника и вели с ними артиллерийский бой на предельно коротких дистанциях, исчисляемых десятками, а иногда всего несколькими метрами. В этих условиях превосходство английских канониров и скорострельность артиллерии имели решающее значение для исхода сражения.
К 17 часам 30 минутам последние очаги сопротивления союзников были подавлены, сражение закончилось полной победой англичан. К этому времени 21 октября 1805 года Англия лишилась Нельсона, а Франция – флота.
В день сражения около пяти часов вечера раненый испанский адмирал Фредерико Гравина, находившийся на борту поврежденного линейного корабля «Принц Астурийский», видя как сдались «Буцентавр» и «Сантиссима Тринидад», понял, что избежать участи этих кораблей можно, только оставив место сражения. 40-пушечный фрегат «Темис» взял его корабль, который был арьергардным в строе в течение битвы и понес тяжелые потери, на буксир. «Принц Астурийский» отступил к Кадису, приказав сигналом еще не сдавшимся кораблям подойти к нему. Пять других испанских кораблей и шесть французских последовали за флагманом.
Увидев, что группа судов во главе с флагманским кораблем Фредерико Травины покидает место сражения, контр-адмирал Пьер Дюмануар окончательно понял, что битва проиграна и вместе с четырьмя другими кораблями взял курс на восток – на Гибралтарский пролив, а затем во французский порт Рошфор.
Ночью 21 октября одиннадцать кораблей союзной эскадры, последовавшие за «Принцом Астурийским», стали на якорь у входа в Кадисскую гавань. Войти в нее они не могли, так как с юго-востока дул сильный береговой ветер. В то же самое время британцы и захваченные ими франко-испанские суда были снесены к берегу сильной зыбью, продолжавшейся в течение всей битвы. Слабый ветер, дувший со стороны моря, не позволил им отойти на глубоководье. На следующий день после битвы корабли англичан взяли курс на запад и отошли от берега с тринадцатью захваченными кораблями противника – «призами». Остальные четыре стали на якорь близ мыса Трафальгар.