В 1805 году он с радостью присоединился к Третьей коалиции России, Швеции и Англии против Франции. Приближение французов к Вене принудило его бежать оттуда сперва в Пресбург, потом в Брюнн, затем в военный лагерь в Ольмюце, оставляя столицу французам. 23 сентября французы заняли Вену, а 29 сентября Франц вступил с ними в переговоры о мире, не прекращая, однако, военных действий. 2 декабря 1805 года произошла знаменитая Аустерлицкая битва трёх императоров, в которой принимал личное участие и император Франц, оказавшийся так же мало способным понимать стратегические соображения Наполеона, как и его генералы. 26 декабря 1805 года он заключил Пресбургский мир, по которому ему пришлось пожертвовать Тиролем и Венецией. 6 августа 1806 года он отрёкся от короны Священной Римской империи.