Bagration se zúčastnil i zbytku tažení, ústupu k Olomouci a následného ofenzivního postupu k Brnu, který vyvrcholil neúspěšnou bitvou u Slavkova 2. prosince 1805. Bagration zde velel svému sboru na pravém křídle spojenecké rusko-rakouské armády. Weyrotherovým operačním plánem pro bitvu mu byla přiřknuta jen okrajová úloha, měl svádět defenzivní boje a zaútočit až v momentu, kdy již bude bitva rozhodnuta na levém křídle a ve středu. Ve skutečnosti však svedl Bagration izolovanou bitvu s Lannesovým francouzským armádním sborem. Toto střetnutí, ačkoliv relativně úspěšné, nemělo na celkový průběh bitvy vliv (byl zde smrtelně zraněn jediný francouzský generál, který padl u Slavkova - brigádní generál Roger Valhubert). Po zhroucení středu spojenecké sestavy hrozilo Bagrationovu sboru reálné nebezpečí obklíčení. V té době na bojiště dorazily od Olomouce dvě baterie těžkých kanónů rakouského majora Frierenbergera a umožnili mu spořádaný ústup po silnici k Rousínovu.