Ставка Наполеона в этот день находилась на кладбище в 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 кавалеристов Сент-Иллера и пехоту неприятеля. Вокруг Наполеона сплошным дождем ложились ядра и гранаты. Глядя на атаку русских, император произнес: «Какая отвага!» Наполеон всегда считал, что главнокомандующий не должен рисковать своей жизнью без самой крайней необходимости. Но тут, под Эйлау, он видел, что снова, как под Лоди или под Арколе, наступила именно эта крайняя необходимость. Но там нужно было первому броситься на мост, чтобы этим порывом увлечь замявшихся гренадер за собой, под Эйлау же требовалось заставить свою пехоту стоять терпеливо часами под русскими ядрами и не бежать от огня.
Наполеон и окружавшие его видели, что только личное присутствие императора удерживает пехоту в этом тяжелом положении. Император оставался неподвижно на месте, отдавая приказания через тех редких адъютантов, которым удавалось уцелеть при приближении к тому страшному месту, где стоял окруженный несколькими ротами пехоты Наполеон. У его ног лежало несколько трупов солдат и офицеров. Пехотные роты, вначале окружавшие императора, постепенно истреблялись русским огнем и заменялись подходившими егерями, гренадерами гвардии и кирасирами. Наполеон продолжал хладнокровно отдавать приказания, хотя русская конница была уже близко, и сам император мог быть убит или захвачен в плен.
Но в этот миг 90 эскадронов маршала Мюрата во весь опор двинулись на поле битвы. Кавалерия Мюрата, поддержанная гвардейской конницей Бессьера, обошла неудачно действовавшие войска Сент-Иллера и обрушилась на конницу противника. Разрезав русские линии надвое, французская кавалерия столкнулась с русской. Началось настоящее побоище, в котором никто не хотел уступать; протекая с переменным успехом, в конце концов оно закончилось 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 атаковал передовой русский отряд у Зерпаллена, но сходу не смог добиться решительного успеха. Сопротивление отряда Багговута на этом участке вынудило Наполеона ввести в дело значительные силы против центра русской позиции и усилить свой правый фланг. Слева к корпусу Даву примкнула дивизия Сент-Иллера, а сзади подошли две драгунские дивизии из корпуса Ожеро. Все эти силы стали развивать наступление против левого фланга русских. Отряд Багговута, атакованный одновременно с трех сторон превосходящими силами противника, стал отступать к Клейн-Саусгартену. Ввод в бой резервных соединений русских не исправил положения. Левый фланг Беннигсена медленно отходил, оставляя в руках противника опорные пункты своей обороны: Клейн-Саусгартен, Ауклапен и Кучитен. Подполковник Ермолов в своих воспоминаниях так описывал этот момент: «Нападение на левый фланг было успешное. 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».
В этот тяжелый момент начальник артиллерии правого крыла русских генерал Кутайсов направил со своего фланга к Ауклапену три конно-артиллерийские роты под командованием Ермолова. Прибыв на место, Ермолов обнаружил русские 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 Ауклапеном и утвердились в нем. Ожесточение битвы нарастало. Ее участник Денис Давыдов писал в своем очерке: «Черт знает, какие тучи ядер пролетали, сыпались, прыгали вокруг меня, рыли по всем направлениям сомкнутые громады войск наших, и какие тучи гранат лопались над головой моею и под ногами моими! То был широкий ураган смерти, вдребезги ломавший и стиравший с лица земли все, что ни попадало под его сокрушительное дыхание».
В 17 часов 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 Клейн-Саусгартена, 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. Быстро темнело, было около двадцати шести градусов мороза. Наполеон ждал Нея, но его корпус подоспел лишь к десяти часам вечера. Французы отошли на исходный рубеж.