Продолжив с армией движение, Салтыков в районе Кроссена соединился с австрийским корпусом генерала Лаудона и, заняв Франкфуртна-Одере, предложил австрийскому главнокомандующему Дауну развернуть совместное наступление на Берлин. Пока тот колебался, Фридрих II с главными силами прусской армии, переправившись через Одер севернее Франкфурта, решил ударом с тыла разгромить союзников. 1 августа у деревни Кунерсдорф произошло самое крупное сражение между прусской и русско-австрийской армиями в Семилетней войне. В распоряжении Фридриха в этом сражении было 48 тысяч человек и около 200 орудий, у генерал-аншефа Салтыкова – 41 тысяча русских солдат, 18,5 тысяч австрийцев, 248 орудий. Салтыков, заняв центром и правым флангом господствующие высоты и укрепив их в инженерном отношении, преднамеренно побудил Фридриха атаковать левый фланг русских войск. С огромным трудом пруссакам удалось овладеть позициями на левом фланге противника, но затем атаки прусской армии разбились о центр русско-австрийских войск, где особенно умело действовал генерал П. Румянцев, будущий знаменитый полководец. Безуспешными оказались и атаки лучшей в Европе прусской кавалерии Ф. Зейдлица, отступившей с большими потерями. Сражение, продолжавшееся весь день, завершилось беспорядочным отступлением прусской армии, которая потеряла около 19 тысяч человек, всю артиллерию и обоз.
Потрясенный неудачей, Фридрих едва не покончил с собой. «Все потеряно, спасайте двор и архивы», – писал он в Берлин. Шляпу прусского короля, бежавшего после сражения, подобрали русские солдаты. Как реликвия Кунерсдорфа она доныне хранится под стеклом на стенде в музее А. В. Суворова в Санкт-Петербурге.
За победу под Кунерсдорфом Елизавета удостоила Салтыкова фельдмаршальским чином, особой медалью с надписью: «Победителю над пруссаками», а австрийская императрица Мария Терезия подарила ему бриллиантовый перстень и табакерку с бриллиантами. Характерно, что сам главнокомандующий скромно оценивал свою роль в армии, отдавая должное русским офицерам и солдатам. «Ныне ее императорское величество, – писал Петр Семенович Елизавете, – имеет у себя много таких храбрых и искусных генералов, каких сомневаюсь, чтоб где столько было; а все свои».
После Кунерсдорфа прусская армия, используя несогласованность в действиях русских и австрийских войск, происходившую от противоречивых указаний из Вены и Петербурга, все же смогла оправиться от поражения и повести затяжную оборону. Поскольку Даун уклонялся от совместных наступательных действий, Салтыков в 1760 г. перенес главные усилия русской армии в Померанию, а часть сил направил в рейд на Берлин. Корпусу генерала З. Чернышева 28 сентября удалось занять прусскую столицу, но при подходе армии Фридриха он отступил на соединение с основными силами Салтыкова. Сподвижники русского фельдмаршала замечали его неудовлетворенность затянувшимися позиционными формами ведения войны. Сковываемый инструкциями из Петербурга и бесконечными согласованиями с Веной, Салтыков тяготился тем, что фактически не имел возможности самостоятельно организовывать решительные наступательные операции.
В конце 1760 г., ссылаясь на пошатнувшееся здоровье, он отпросился у императрицы уехать в Познань для лечения и вскоре покинул пост главнокомандующего.
С вступлением на престол Петра III (1761) война с Пруссией была прекращена. В период кратковременного правления Петра Салтыков находился в бездействии, но в 1762 г. новая императрица Екатерина II вернула его на службу. В день своей коронации она пожаловала фельдмаршала золотой шпагой, осыпанной бриллиантами. В следующем году Петр Семенович стал членом правительствующего Сената, а в 1764 г. был назначен главнокомандующим и генерал-губернатором в Москву. Там он успешно управлялся с административными делами, но его ждала непредвиденная ситуация: в 1770—1771 гг. в Москве разразилась эпидемия чумы, сопровождавшаяся бунтами. В необычной для него обстановке 70-летний фельдмаршал растерялся, действовал нерешительно и удалился в подмосковную деревню Марфино, где переждал события. В апреле 1772 г. охладевшая к Салтыкову Екатерина разрешила ему выйти в отставку, а 26 декабря опечаленный фельдмаршал скончался в Марфино. Из знатных лиц на его похороны прибыл только генерал-аншеф П. Панин.
Григорий Потемкин