Trận chiến mở đầu vào rạng sáng ngày 1 tháng 9 năm 1870, và diễn tiến với những đợt bắn cấp tập của đại bác Đức. Các khẩu pháo rãnh xoắn nạp hậu tối tân của Đức nhanh chóng chiếm ưu thế tuyệt đối trước đại bác Pháp và xé xác hàng nghìn binh sĩ, ngựa chiến của Pháp. Bên cạnh đó, lính thủy quân lục chiến Pháp đã anh dũng cầm cự tại Bazeilles trước khi bị quân Nam Đức đánh đuổi khỏi đây. Buổi đầu trận đánh, MacMahon bị thương do trúng một quả đạn pháo của Đức. Người kế nhiệm ông là tướng Auguste Ducrot lập tức phát lệnh triệt binh, nhưng viên tướng vừa được chính quyền Paris phái đến là De Wimpffen đã tới trận địa và hủy bỏ mệnh lệnh của Ducrot. Giữa ngày, quân đội Đức đã khép kín vòng vây của mình. Buổi chiều, họ đập tan các cuộc phản công trong tuyệt vọng của quân đoàn kỵ binh nhẹ "Chasseurs d'Afrique" tại Floing, cách Sedan không xa về phía bắc. Chênh lệch không nhỏ giữa con số thiệt hại của quân đội hai bên trong trận chiến đã nói lên sự ưu việt của đại bác Đức. Chỉ có một ít đơn vị quân Pháp là thoát được sang Bỉ, nơi họ bị giải giáp. Cuối cùng, đứng trước tình hình vô vọng, Napoléon quyết định đầu hàng. Ông ta sai quân cắm cờ trắng trên nóc thành lũy Sedan, bất chấp sự phản kháng của tướng De Wimpffen. Hai bên tiến hành ngừng bắn vào tối hôm đó.