Vào năm 1815, ông một lần nữa cộng tác với Blücher, và tham chiến rất tích cực trong trận đánh tại Waterloo. Những vị tướng soái cấp cao hơn như Ludwig Yorck von Wartenburg hay Friedrich Graf Kleist von Nollendorf đều được dự trữ, và Gneisenau sẽ trở thành Tổng tư lệnh Quân đội Phổ nều cần thiết; và, trong trận đánh tại Ligny, vị Thống chế già Blücher thua trận, và Gneisenau trở thành Tổng tư lệnh của Quân đội Phổ. Ông tập hợp lại ba quân, kéo quân về Wavre, và từ đây, một cánh quân Phổ hành quân tới để liên quân với Arthur Wellesley, Công tước thứ nhất của Wellington để tham chiến trong trận Waterloo vào ngày 18 tháng 6 năm 1815; trong cuộc chiến này, một cuộc tấn công vô sườn của Quân đội Phổ đã quyết định trận đánh trứ danh tại Waterloo. Quân Pháp thất bại thảm hại.