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「マーベルコミック」のアメリカン・コミックヒーローである『キャプテン・アメリカ』の実写映画化作品で、2011年の映画『キャプテン・アメリカ/ザ・ファースト・アベンジャー』の続編となるシリーズ第2作。また、様々な「マーベル・コミック」の実写映画を、同一の世界観のクロスオーバー作品として扱う『マーベル・シネマティック・ユニバース』シリーズとしては第9作品目の映画である。監督はルッソ兄弟、脚本はクリストファー・マルクスとスティーヴン・マクフィーリーである。出演はクリス・エヴァンス、スカーレット・ヨハンソン、セバスチャン・スタン、アンソニー・マッキー、コビー・スマルダーズ、フランク・グリロ、エミリー・ヴァンキャンプ、ヘイリー・アトウェル、ロバート・レッドフォード、サミュエル・L・ジャクソンらであり、ワシントンD.C.に潜む敵を破るために奮闘するキャプテン・アメリカ（エヴァンス）とブラック・ウィドウ（ヨハンソン）が物語の中心となる。『キャプテン・アメリカ/ザ・ファースト・アベンジャー』の脚本家であるクリストファー・マルクスとスティーヴン・マクフィーリーはその公開の前から執筆作業を開始し、2012年6月にはルッソ兄弟の監督交渉も始まった。翌月にはアンソニー・マッキーやセバスチャン・スタンといった助演のキャスティングも始まった。主要撮影は2013年4月にカリフォルニア州ロサンゼルスで始まり、その後ワシントンD.C.やオハイオ州クリーブランドでも行われた。2014年3月13日にロサンゼルスでワールド・プレミアが開催され、国際市場では3月26日、北アメリカでは4月4日より、2D、3D、IMAX 3Dの3フォーマットで封切られた。2016年5月6日にはルッソ兄弟監督による続編が公開された。日本では4月19日と数週間遅れでの公開となった。キャッチコピーは「アベンジャーズ以外、全員敵。」である。
ニューヨークでの戦いから2年後、キャプテン・アメリカことスティーブ・ロジャースはワシントンD.C.で暮らし、諜報機関S.H.I.E.L.D.のニック・フューリーの下で働きつつ、現代社会への適応に苦労していた。ある日、S.H.I.E.L.D.の船舶が海賊ジョルジュ・バトロックによって占拠され、スティーブとエージェント・ナターシャ・ロマノフは、エージェント・ラムロウが率いる対テロ作戦部隊S.T.R.I.K.E.と共に人質の救出へ向かう。任務中、スティーブはナターシャが船のコンピュータからデータを取り込んでいるところを見つけ、彼女がフューリーから別の指令を受けていることを知る。スティーブはS.H.I.E.L.D.本部のトリスケリオンへと帰還し、フューリーからS.H.I.E.L.D.が進める「インサイト計画」の説明を受ける。これは船から打ち上げたスパイ衛星によって敵を捉え、3隻のヘリキャリアによって先制攻撃するというものだった。フューリーはこの計画に賛同しつつも違和感を持ったため、ナターシャに密かに計画のデータを持ち帰るよう指示したのだった。データが解析できないことを不審に思ったフューリーは、世界安全保障委員会のアレクサンダー・ピアースに計画の延期を要求する。フューリーはウィンター・ソルジャーと呼ばれる謎の暗殺者率いる部隊の襲撃を受けた。彼はスティーブのアパートに逃げ込み、S.H.I.E.L.D.が危険だと警告する。スティーブにUSBメモリを手渡した直後、フューリーはウィンター・ソルジャーの狙撃を受けて倒れ、手術中に死亡が確認される。後日、スティーブがフューリーの情報をピアースに渡すのを拒否すると、ピアースはスティーブをS.T.R.I.K.E.に襲撃させた。これを振り切って脱出したスティーブを、ピアースは逃亡犯として手配する。ナターシャと合流したスティーブは、USBメモリのデータを利用して見つけたS.H.I.E.L.D.の無人の格納庫へ潜入し、古びたスーパーコンピュータを起動する。その中には、ナチスから生まれた組織・ヒドラの科学者アーニム・ゾラの意識が保存されていた。ゾラはかつて壊滅したはずのヒドラがS.H.I.E.L.D.内部で密かに活動を続けていることを明かす。スティーブとナターシャは、スティーブの友人で元米空軍パラシュート兵のサム・ウィルソンに助けを求める。ピアースとS.H.I.E.L.D.エージェントのジャスパー・シットウェルがヒドラの一員であると推論した3人はシットウェルを捕まえ、将来ヒドラの計画の邪魔になる恐れがある個人を特定できるアルゴリズムをゾラが開発していたことを白状させた。インサイト計画の真の目的とは、これにより特定した個人をヘリキャリアと衛星を使って排除することであった。移動中、スティーブ、ナターシャ、サムはウィンター・ソルジャー率いる武装集団の襲撃に遭う。戦闘中にスティーブが見たウィンター・ソルジャーの素顔は、第二次世界大戦中に死んだはずの親友バッキー・バーンズであった。ウィンター・ソルジャーが姿を消した後、3人はS.T.R.I.K.E.に逮捕されるがマリア・ヒルによって救い出され、死を偽装することにより難を逃れていたフューリーと再会する。インサイト計画を阻止することを決意した一同は、ヘリキャリアのコントロール・チップを交換することで自滅させる作戦を実行に移す。世界安全保障委員会のメンバーがヘリキャリアー発進のために集結した後、スティーブはトリスケリオンで働く者たちにヒドラの陰謀を放送で暴露する。ナターシャとフューリーはピアースの武装を解除し、ヒドラの行動を全世界に公開させた。スティーブとサムは2隻のヘリキャリアーに突入し、チップの交換に成功するが、3隻めでウィンター・ソルジャーが現れ、スティーブとの戦闘となった。スティーブはかつての親友であるウィンター・ソルジャーとの戦いを拒む。そしてヘリキャリアーがトリスケリオンに衝突して彼はポトマック川へと投げ出された。スティーブの呼びかけで記憶を取り戻したウィンター・ソルジャーは彼を救出し、その場を去った。戦いは終わった。フューリーは死を偽装したままヒドラの残党を追って東ヨーロッパへと旅立ち、スティーブとサムはウィンター・ソルジャーを追跡することにした。エンドクレジットの途中の場面で、ヒドラの研究所でバロン・ストラッカーが「奇跡の時代」の始まりを宣言し、エネルギーを帯びたセプターと、ガラス張りの部屋に監禁された若い2人の兄妹（超高速で動く男と念導力を使う女）が登場した。エンドクレジット後の場面ではウィンター・ソルジャーがスミソニアン博物館を訪れ、記念館にあるバッキー・バーンズのパネルを見つめていた。
脚本のクリストファー・マルクスとスティーヴン・マクフィーリーは、2011年4月に『キャプテン・アメリカ/ザ・ファースト・アベンジャー』の続編の脚本を執筆中であると述べた。2011年6月、彼らはインタビューで、続編は現代の物語が中心になると述べた。クフィーリーは後に、脚本の98%が現代を舞台としており、執筆の最初の数ヶ月段階ではマーベルと試行錯誤していたが、アウトライン完成後にストーリーはあまり変化しなかったことを明らかにした。マルクスとマクフィーリーはコミックからエド・ブルベイカーのウィンター・ソルジャーのストーリーラインを翻案したがったが、彼らが納得するものを作り上げるのに6ヶ月を要した。2人は脚本のジャンルを陰謀ものであると定義し、『コンドル』（1975年）、『パララックス・ビュー』（1974年）、『マラソンマン』（1976年）から影響を受けていることを明らかにした。2011年9月、クリス・エヴァンスは続編は2014年まで公開されないだろうと述べた。2012年1月、ダム・ダム・デュガンを演じたニール・マクドノーは、おそらく『マイティ・ソー/ダーク・ワールド』が完成したあとの2012年末頃に撮影されるだろうと述べた。2012年3月、監督候補は10名挙がっていたうち、マーベルはジョージ・ノルフィ、F・ゲイリー・グレイ、ルッソ兄弟のいずれかに絞り込んでいることが報じられた。ウォルト・ディズニー・スタジオは続編の公開日を2014年4月と発表した。ディズニーは、「2作目では『アベンジャーズ』の後、ニック・フューリーとS.H.I.E.L.D.と共に活動を続け、現代での自分の役割を受け入れるのに苦悩するスティーブ・ロジャースがピックアップされる」と述べた。4月末、F・ゲイリー・グレイはニュー・ライン・シネマでN.W.A.の伝記映画『ストレイト・アウタ・コンプトン』を監督するために降板したことが報じられた。
2012年6月、ルッソ兄弟への監督交渉に入った。また、サミュエル・L・ジャクソンがS.H.I.E.L.D.長官のニック・フューリー役で再出演することが報じられた。マーベルはテレビシリーズ『コミ・カレ!!』の第2シーズン最終回を見た後にルッソ兄弟を探し出し、彼らのアイデアが盛り込まれた。2012年7月、コミコン・インターナショナルで続編のタイトルが『Captain America: The Winter Soldier』となり、ルッソ兄弟が監督することが発表された。監督契約を交わした後、ルッソ兄弟はウィンター・ソルジャーというキャラクターの詳細を学ぶためにエド・ブルベイカーと会談した。同月、アンソニー・マッキーがファルコン役での出演交渉に入った。またセバスチャン・スタンもジェームズ・バーンズ役での再出演が報じられた。2012年8月、『ニューヨーク・ポスト』は、アナ・ケンドリック、フェリシティ・ジョーンズ、イモージェン・プーツらが主要キャストの筆頭候補となっていることが報じられた。2012年9月、クリス・エヴァンスは撮影開始は2013年3月になるだろうと発言した。エヴァンスはまた、ロジャースが現代世界に適合するのは元々『アベンジャーズ』に含まれていたが、『Captain America: The Winter Soldier』の方が合っているだろうと述べた。同月末、グレーター・クリーブランド・フィルム・コミッションは950万ドルの税額控除が認められ、『Captain America: The Winter Soldier』がクリーブランドで撮影されることを発表した。また、一部はカリフォルニア州とワシントンD.C.で撮影されることも報じられた。2012年10月、『Deadline.com』は、エミリア・クラーク、ジェシカ・ブラウン・フィンドレイ、テリーサ・パーマー、イモージェン・プーツ、アリソン・ブリーがロジャースの恋人役に考慮されていると報じた。またスカーレット・ヨハンソンがブラック・ウィドウ役で再出演することが報じられた。後にメアリー・エリザベス・ウィンステッドが女主人公で、さらにニコライ・コスター＝ワルドーとジョシュ・ホロウェイの出演が考慮されていると報道された。しかしながらウィンステッドは「どこから来たのかわからない噂のようなもの」だと述べた。10月末、フランク・グリロが悪役のクロスボーンズ役のでテストを受けていることが報じられた。同月末までにグリロは同役での出演契約を交わし、またコビー・スマルダーズが『アベンジャーズ』に引き続いてマリア・ヒルを演じることが報じられた。2013年1月、前作でペギー・カーターを演じたヘイリー・アトウェルは続編には登場しないと述べた。しかしながらエイブラハム・アースキン博士を演じたスタンリー・トゥッチは、アトウェルは回想シーンで登場するだろうと述べた。同月、マーベルは3Dでの公開を発表し、アンソニー・マッキーは2013年4月1日からの撮影開始を明した。また月末、アーニム・ゾラ博士を演じたトビー・ジョーンズは、続編でも同役を務めることを明した。さらに同月末、ロサンゼルスのローリー・マンハッタン・ビーチ・スタジオに撮影のためのステージが建てられたことが報じられた。2013年2月、エミリー・ヴァンキャンプが女性主人公を演じるための交渉に入ったことが報じられた。同月末、プロデューサーのケヴィン・ファイギは、本作はポリティカル・スリラーであると説明した。ファイギは後に、「私たちの映画の全てがユニークであると感じ、異なると感じさせられる試みでは、私たちは似ているもの（『コンドル』）に回帰していことに気づいた。また70年代には他にも『パララックス・ビュー』、『大統領の陰謀』といったポリティカル・スリラーがあり、これはキャップがコミックに登場したのと同じ時代だ。彼は自分が揺れ動く60年代からウォーターゲート時代、レーガン時代、そして我々がいる今日へと続いていることに気づく。コミックではそれはスティーヴにとってとんでもない旅だった。そしてシネマティック・ユニバースでは彼は眠っていたので我々はそれらの時代に彼を連れ回すことはできなかった。しかし我々は彼にその70年代の風味がある道徳的な難問に立ち向かって欲しいと思った。そして我々の映画の中ではそれがS.H.I.E.L.D.という形になって現れる」と述べた。ジョー・ルッソは後にインサイト計画が標的殺害の実行に対する批判であることを付け加えた。ジョーは「問題はどこで立ち止まるかだ。我々が自分をより安全にするために100人を殺せばいいなら、そうするか? もしもそれが1000人だったら? 1万人だったら? 100万人だったら? どの時点で貴方は立ち止まるか?」と述べた。2013年3月、『Deadline.com』は『マイティ・ソー』と『アベンジャーズ』でS.H.I.E.L.D.エージェントのジャスパー・シットウェルを演じたマキシミリアーノ・ヘルナンデスの出演を報じた。同月、ロバート・レッドフォードにS.H.I.E.L.D.の上官役で交渉中であることが報じられた。レッドフォードは出演を認め、いつもの自分の映画とは異なるものであったために興味があったと述べた。また月末、UFCの格闘家のジョルジュ・サンピエールがバトロック・ザ・リーパー役に決まったことが報じられた。キャプテン・アメリカのユニフォームは以前の映画で見られたものから変更され、ケブラー素材で弾道学的構成によってキャプテン・アメリカを保護しつつ軍服の機能を果たすものとなっている。ファルコンの衣裳に関して映画製作者たちはコミックの要素を剥ぎ取り、現実のウェビング、ストラップ、ギアをといったコミックで登場したものよりも戦術的なデザインの多くを追加することに興味を持っていた。
2013年4月1日よりロサンゼルスのローリー・マンハッタン・ビーチ・スタジオで、『Freezer Burn』というワーキングタイトルを使って撮影が始まった。「Lumerian Star」の場面はカリフォルニア州ロングビーチにドッキングしていたシーローンチ・コマンダーで撮影された。5月上旬、ドミニク・クーパーはハワード・スタークを再演することを明かした。5月13日、製作はワシントンD.C.に移り、ナショナル・モールとセオドア・ルーズベルト橋で撮影が行われた。ギャリー・シャンドリングが『アイアンマン2』のスターン上院議員役を再び務めることが明かされた。ワシントンD.C.では他にウィラード・ホテルとデュポン・サークルで撮影が行われた。5月17日にクリーブランドでの撮影が始まり、6月中旬までにウェスト・ショアウェイやカヤホガ・ハイツの南下水処理場、レイクビュー・セメタリー・ダムでのロケが予定された。クリーブランドはワシントンD.C.としてスタンドインとして選ばれ、東6番街はサウスウェストD.C.の7番及びD番街のダブルとして撮られた。クリーブランドでは他にクリーブランド連邦準備銀行、クリーブランド公立図書館、クリーブランド州立大学、クリーブランド・アーケード、タワー・シティ・センター、クリーブランド美術館、ウェスタン・リザーブ歴史協会でロケが行われた。インテリアショットは民家やトレモントのピルグリム組合教会内部で撮影された。クリーブランドでの撮影は2013年6月27日に完了した。撮影監督には『第9地区』や『エリジウム』で知られるトレント・オパロックが雇われた。オパロックは監督が『マラソンマン』や『コンドル』のような1970年代のスリラーの「砂のような、現実的な世界」に触発されたと述べている。オパロックは「我々の出発点は、このストーリーとこのキャラクター、キャプテン・アメリカをベースとした現実世界だ。我々は古典的なフレーミングと自然照明について話した。我々の注視のもう1つの鍵は頻繁に手持ち撮影を行うオペレーターのアンドリュー・ロリンズとイアン・フォックスの素晴らしい仕事ぶりだった。しかし基本的な考えは我々がこの素晴らしいキャラクターに衣裳を着せて盾を持たせて走り回らせることであった。彼が現実の人間であった場合、どのようなものだろうか? これは面白い問題提起であった」と述べた。これを実現するため、オパロックはパナビジョン・アナモルフィック・レンズとコーデックス デジタルレコーダーを搭載したアリ・アレクサ・プラス4:3カメラを使用した。
特殊効果にはインダストリアル・ライト&マジックとスキャンラインVFXを含む5社が参加した。2013年12月、翌月に追加撮影を行う予定が組まれた。『アベンジャーズ』及び『アベンジャーズ/エイジ・オブ・ウルトロン』の監督であるジョス・ウィードンはエンドクレジット後の場面のうちの1つを監督し、そこでクイックシルバーとスカーレット・ウィッチが初登場した。
2013年6月7日、マーベル・スタジオは破損して変色したキャプテン・アメリカの盾が描かれたティーザーポスターを公開した。『ロサンゼルス・タイムズ』は「続編で（キャプテン・アメリカの）深刻な戦いが描かれる可能性があることを示唆している」と報じ、また『ローリング・ストーン』は「続編のダークなテーマを暗示している」と評した。翌月、マーベル・スタジオ社長でプロデューサーのケヴィン・ファイギ、監督のルッソ兄弟、キャストのクリス・エヴァンス、スカーレット・ヨハンソン、サミュエル・L・ジャクソン、セバスチャン・スタン、アンソニー・マッキー、コビー・スマルダーズ、エミリー・ヴァンキャンプ、フランク・グリロがコミコン・インターナショナルのパネルに登場し、フッテージ映像が公開された。さらにマーベルは『キャプテン・アメリカ/ザ・ファースト・アベンジャー』のキャプテン・アメリカとハウリング・コマンドーズを描いたスミソニアン型のブースを展示した。7月末、ディズニーXDのディズニー・ファンダムのイベントでマーベルの他のフェイズ2映画と共に映像が上映された。2013年8月、ディズニーのD23エキスポにファイギ、エヴァンス、スタン、マッキーが出席し、クリップ映像が上映された。2013年9月、マーベルは『キャプテン・アメリカ/ザ・ファースト・アベンジャーズ』からのハーレーダビッドソンとの提携を継続し、劇中でキャプテン・アメリカは同社のソフテイル・ブレイクアウトのオートバイに乗ることを発表した。2013年10月、マーベルは最初の予告編を公開した。2014年2月2日、第48回スーパーボウルで『キャプテン・アメリカ/ウィンター・ソルジャー』のテレビ広告が流された。『ハリウッド・リポーター』はディズニーは30秒あたりに400万ドル以上を支払っていると報じている。2013年3月18日、ABCは1時間の特別番組『Marvel Studios: Assembling a Universe』で『キャプテン・アメリカ/ウィンター・ソルジャー』のスニークピークを公開した。2014年4月1日、エヴァンスとスタンは映画の劇場公開を記念してニューヨーク証券取引所のオープニングベルを鳴らした。
2014年4月6日時点で批評家のレビュー集積サイトのRotten Tomatoesで185件のレビューで支持率は89%、平均点は7.5/10となっている。Metacriticで42件のレビューで加重平均値は69/100となっている。『ハリウッド・リポーター』のトッド・マッカーシーは「ハードな保守的なアクションの楽しみを復活させ、キャラクターの発展に驚き、サスペンスに好奇心をそそられ、CGIスペクタクルを極小にする大胆な（マーベルの）一歩を踏み出す」と評した。『シカゴ・サンタイムズ』のリチャード・ローパーは「『アベンジャーズ』または1本目及び3作目の『アイアンマン』と同等ではないが、これはマーベルのビッグスクリーン・ストーリーの中で別の堅実な章である」と評した。『エンターテインメント・ウィークリー』のオーウェン・グレイバーマンは「『キャプテン・アメリカ/ウィンター・ソルジャー』は今起こっていることにあなたを差し込む、『ダークナイト』以来初めてのスーパーヒーロー映画だ」と評した。映画監督のジェームズ・ガンが2014年のお気に入りの映画12本の中で本作を挙げている。
イギリスに敵対するヨーロッパ大陸諸国は、長きにわたりアイルランドをイギリスの防御の弱点とみていた。ここに軍を上陸させることは、戦略目標としては当然のことであり、この国で大きな比率を占める、アイルランド人の支援を期待出来るだけでなくく、侵略軍にとって、少なくとも最初に対戦する常駐イギリス軍は、ブリテン諸島の他のどこよりも小規模で頼りない部隊だったからである。加えて、アイルランドでの作戦を長引かせ、それにイギリスを巻き込むことで、他国での戦争へのイギリスの参加部隊を削減できたのである。また、この計画の立案者たちは、アイルランドへの侵入が成功を収めると、アイルランドが次なるイギリス侵攻へのかっこうの足場となると考えたのも理由の一つだった。フランス革命が美化されて伝えられたことにより、多くのアイルランド人がこの影響を受けて、自国の自由、平等、兄弟愛といった同様の主義のために戦った。ここで言う自由（リバティ）とは、広くイギリスからの独立を指した。これらの最終目標を心に秘め、1791年、ダブリンの弁護士テオバルド・ウルフ・トーンがユナイテッド・アイリッシュメンを創設した。この組織は、フランス共和国と同盟したために、イギリス当局からの抑圧を受け、1793年に英仏の交戦が始まると、地下活動を余儀なくされた。トーンと他のメンバーはひそかにフランスへ渡り、フランスの国民公会に、アイルランドを侵略するように説得した。トーンたちとフランス当局はこの侵略について、アイルランドの非正規兵の支援を当てにできること、もし成功した場合には、イギリスの戦争遂行にかなり厳しい打撃を加えることになるはずであると主張した。しかしおそらく実際は、イギリスに圧力をかけて平和に持ち込むことすら十分に厳しい状態であっただろう。
フランス当局による、アイルランドへの軍事行動は困難なものだった。この作戦は、大西洋艦隊が完敗した1794年の栄光の6月1日や、惨憺たる結果に終わった1795年の大いなる冬の作戦といった過程で、さらに動きが取れなくなっていた。恐怖政治により多くの士官たちが粛清され、度重なる敗北はフランス海軍の士気をそこね、大胆な戦略を思いとどまらせた。最終的に、ジュスタン・ボナヴァンテュール・モラール・ド・ガレ提督が、1796年12月、17隻の戦列艦と27隻の小型艦による艦隊で、2万5千もの兵を輸送してアイルランドに遠征した。しかし、艦隊の一部がバントリー湾で1週間を費やしたにもかかわらず、フランス兵の誰一人として上陸することはできなかった。そして、この計画は大惨事に終わり、13隻の艦が失われ、2000人以上もの兵が溺死した。翌年、トーンと仲間たちは再び立ち上がった。今度は、当時フランス政府の支配下にあったオランダ政府に、遠征を準備するよう説得したのである。1797年、オランダ艦隊は準備を整え、物資を補給し、10月に、フランス艦隊の二度目の侵攻計画に合流すべくブレストへ向かった。しかしその数時間後、オランダ艦隊はアダム・ダンカン提督の北海艦隊とにらみ合うことになった。ダンカンはすぐさま攻撃を仕掛け、両軍の間でキャンパーダウンの海戦が始まった。この戦闘で10隻を拿捕し、残りの艦を完全に離散させた。フランス艦隊が出航することはなかった。
ユンベールが降伏したこと、暴動が完敗に終わったことを知らないフランス当局は、引き続き准将ジャン＝バティスト＝フランソワ・ボンパール指揮の遠征軍を準備した。3000人の兵が戦列艦オッシュと8隻のフリゲート艦に乗りこみ、9月16日にブレストを出港した。しかし、サヴァリのフリゲート部隊を見失ったイギリス海軍は、より警戒を強めていた。フリゲート艦による巡視部隊を、フランスの主だった港の沖合とアイルランドの近海に配置し、その一方で、海峡艦隊からの戦隊が、新たに侵入を企てる者に対して出動できるよう待機していた。アイルランド駐在戦隊の指揮官はベテラン士官（かつ政治家）のジョン・ボルラス・ウォーレン准将で、フランス革命戦争初期に、フランスの沿岸に奇襲をかけたことで名をとどろかせていた。ボンパールの戦隊は、夕刻遅くにブレストを出港した。暗闇にまぎれて、イギリスの封鎖を目立たないようにかわそうとしていた。しかし、ラ・ド・サンを通り抜けるのに時間がかかり、9月17日の夜明けに、リチャード・グッドウィン・キーツ艦長のボーディセアに気づかれてしまった。キーツは即座に戦隊を分け、ジョージ・カウンテス艦長のエタリオンと、ジョン・チェンバーズ・ホワイト指揮下のブリッグ船シルフ に命令を出し、その一方でフランスの動きについて、海峡艦隊のアレグザンダー・フッド提督（ブリッドポート卿）に報告した。
ボンパールはイギリスの追跡に気付いたが、構わずに北を目指した、カウンテスは艦にぴったり沿って追跡し、9月18日にチャールズ・ハーバート艦長のアメリアがそれに加わった。アメリアは、前日にはフランス軍の北の方角で、目標であるボンパールの戦隊を追跡し、夜のうちに彼ら気付かれない様に追いついた。翌日、ボンパールはイギリス軍をまくべく、ロリアンに向かうふりをし、そのまた翌日にもう一度、あたかもアンティル諸島に向かうように見せかけて、南への陽動作戦を取った。しかしイギリス軍の艦長たちもその方向に移動し続け、9月20日には、イギリス艦隊はボンパールの部隊からわずか9マイル（14.5キロ）の所にいた。フランス軍は、アメリカ大陸に向かうかのように南西の針路を取っていた。同じ日、フィリップ・チャールズ・ダラム艦長の大型のレイジー艦アンソンが、イギリス戦隊に新たに加わった。ボンパールが針路をごまかそうとするしているのにもかかわらず、23日の夕方には、カウンテスは、フランスがアイルランドに向かおうとしていると正しい断定を下していた。そしてブリッグ船シルフを派遣して、ウォーレン准将と他のイギリス艦に、ボンパールの艦に出会うかもしれないと警告をさせた。その2日後、9月25日にボンパールは東に針路を変え、後退することを余儀なくされた。100隻から成るイギリスの護送船団が北に向かったためだった。この船団は武装した東インド会社の船で、何隻かのフリゲート艦に守られており、兵をいっぱいに積んだボンパールの戦隊にはかなりの示威行為となった。ボンパールはそこで、カウンテスの戦隊へ向きを変えると見せかけて、追手を撃退しようとしたが、速度で勝るイギリス戦隊が安全な地域へと撤退しただけであった。本来の針路に戻ったフランス軍を、カウンテスの戦隊は再び追跡し始めた。9月29日、ボンパールは追手に動揺を与えるための最後の手段に出た。イギリスの戦隊と、自分の戦隊の3隻の艦、アンタルモリテ、ロワール、そしてもう1隻と交戦させることをもくろんだ。この計画は、自分の旗艦であるオッシュが荒天でトップマストを失い、他の艦よりも速度が遅くなって、護衛のために他の艦を戻させたため、失敗に終わった。逃れられなくなったボンパールは、ついに、アメリカへ向かっているかのように装うのを止めて、北西を目指した。翌日は終日強風が吹いてオッシュとアンソンのトップマストが失われ、両方の戦隊が進めなかったが、オッシュのほうが修理が速かったため、フランス軍がイギリス軍を引き離した。それから4日間、北への一直線の追跡が続いた。10月4日になって嵐が不意に両戦隊を襲い、日が暮れかかるころ、ボンパールはうまくカウンテスから逃れた。強風の中、アメリアは針路を外れ、10月7日に味方から遠く離れた。アンソンも同じ7日に損失を受けた、トップマストがまた2本も折れたのである。10月11日、晴れ渡った空の下、南に向かう2隻の帆船が見え、カウンテスはエタリオンを連れて調査に向かった。この2隻はアメリアと、9月23日にシルフから警告を受けて、フランスを迎撃する目的で北へ向かっていたウォーレンの戦隊の戦列艦だった。ウォーレンの戦隊は、3隻の戦列艦とレイジー艦マグナニムから構成されており、その前日に、ラフ・スウィリーに駐留していたフリゲート艦が2隻合流していた。その2隻は、グレアム・ムーア艦長のメランパスと、チャールズ・ジョーンズ艦長のドリスだった。ウォーレンは自分の戦隊にメランパスを合流させ、アイルランドの沿岸の偵察、及びアイルランド駐留のイギリス軍、とりわけドニゴール州とアイルランド北西部の沿岸の駐留軍に警告するため、ドリスを派遣した。ドリスはまた、アイルランド西岸の地域も偵察した。前回フランス軍が上陸したのは西岸のキララからだったからである。
ついに追手をかわしたボンパールは、上陸が予定されているラフ・スウィリーへ直進した。暴動が敗北に終わったことを知らないボンパールは、ユンベール率いる陸軍兵が、ラフ・スウィリーの地域で、出港前の予定通りに、で作戦を行っているものと期待していた。沖合に着いたボンパールは、上陸に適した場所を探したが、10月10日の日暮れ前の時点ではどこも見当たらなかった。トーリー島の近くで一夜をしのいだボンパールは、翌日、海岸線を見て驚いた。ウォーレンの戦隊がカウンテスの戦隊に合流して、圧倒的な戦力となってフランス軍に襲いかかって来ていた。陸軍兵を上陸させるという考えはかなぐり捨て、ボンパールは他の味方艦を率いて、軍事行動に臨むにあたって、十分な距離を取るために風上へと進み、艦長たちができるだけ多く、近づきつつある敵戦隊から逃走できるようにした。その日一日中、ボンパールが外海に出ようと血みどろな努力をしている間に、ウォーレンの戦隊は、北東から艦の間隔を狭めた。20時前に会場を吹き荒れた強風には、両軍ともに、20時前に海上を吹き荒れた強風に侵攻を妨害された。オッシュのトップマストは3本ともへし折られ、ミズンスル（縦帆）は引きちぎられた。そののち、オッシュは味方の艦よりも速度が遅くなり、味方はオッシュの防御のために戻った。他の艦も同様だった。フランスのフリゲート艦レゾリュは水が漏れ始め、アンソンはミズンマストとトップマストの何本かを失った。
その夜、ボンパールはイギリス戦隊をおとりにかけてやろうと企み、スクーナー船ビシュをフリゲート艦レゾリュの艦長ジャン＝ピエール・バルゴーのもとにやって、船を浜辺に乗り上げさせ、ウォーレンに追跡から注意をそらす目的で、レゾリュに火をつけるように命令した。これは結局行われなかったが、その理由は定かではない。翌朝、ウォーレンはやはりボンパールの後ろにしっかりとついており、それぞれが不規則な線を描きながら走っていた。ウォーレンの戦力はさらに分散され、ロバストとマグナニムの間は4海里（7.4キロ）となり、フランス軍の後ろで速度をはやめていた。アメリアとメランパスは、ウォーレンの旗艦のカナダのわずかに後ろの方に、トマス・バイヤードのフードロヤントがフランス軍から8マイル（13キロ）の距離にいた。他のイギリス艦はアンソン以外は散らばっており、アンソン自体は後方が浸水していて、イギリス戦隊の視界の外にいた。ボンパールは、もはや逃れることはできず、イギリスの包囲を切り抜けて進むことにした。戦隊を戦闘配列にして、西の方角を向き、ウォーレンの戦闘開始の信号を待った。ウォーレンは、自分の戦隊が散らばりやすいため、朝の7時になってから信号をやっと出し、ロバストにフランスの防御線に向けて舵を切り、オッシュを直接攻撃するように命じた。ロバストのエドワード・ソーンバラ艦長はすぐさまこれに従い、フランス戦隊に近づき、オッシュに近づく前に、フリゲート艦エムビュスカードとコキーユに、すれ違いざま砲撃を加えた。8時50分、近距離砲によるすさまじい交戦が始まった。その少し後にマグナニムも参戦し、フランス戦隊後方のフリゲート艦を砲撃し、前衛のアンモルタリテ、ロワール、ベローヌと交戦した。ベローヌは敵から意図的にマストを折られ、機能しなくなった。そして、3隻のイギリス艦が新たに戦闘に加わった。この3隻はエタリオン、メランパス、アメリアで、孤立したオッシュのマストをすれ違いざまに折り、その後フランスのフリゲート艦の追跡のために前進を続け、南西の方向へ距離が開いていった。カナダとそれに続くイギリス艦は、何度か砲撃を行ったものの、オッシュには気を払わなかった。しばらくたって、何度もロバストとマグナニームから砲撃を受けたせいで、オッシュは明らかに難破していた。ボンパールは10時50分についに降伏した、オッシュでは270人の乗員が負傷もしくは戦死していた。次に降伏したのはエムビュスカードだった。戦闘開始直後にマグナニムから激しい砲撃を受け、追跡の途中でフードロイアントから長距離砲を受けた。何隻かのイギリス艦に追いつかれ、艦長のド・ラ・ロンシエールは11時30分に降伏した、その方が自艦をみすみす壊されるよりも良かったからだ。オッシュとの交戦で損害を受けたマグナニムは、エムビュスカードを手に入れ、その他の敵艦の後をゆっくりとつけて行った。一方ロバストもオッシュとの砲撃によりかなり傷んでいたが、かつての敵艦を所有するべくそのそばにいた。フランス艦の逃走先は風の向くままで、フードロイヤントをはじめ、戦闘中のイギリス艦のいる海域を横切って行った。フランスの大部分のフリゲート艦は、重々しい敵艦かわすことができたが、ベローヌはやや不運だった。イギリス艦の一隻からの危険な一撃が、ベローヌのトップマストの手榴弾の箱を爆破させ、。これが大火事を引き起こし、最終的には鎮火されたが、あっという間に大きな損害が出た。それから間もなく、ベローヌはメランパスに近くから砲撃され、さらに損害が出た。その近くにいたコキーユも、カナダに追い抜かれて降伏した。ウォーレンは、ゆっくりと追いついて来ていたマグナニムに、コキーユの拿捕を命じた。エタリオンは、メランパスからベローヌの追跡を引き継ぎ、2時間にわたって艦首砲からベローヌへの絶え間ない砲撃を続けた。エタリオンはベローヌよりも速度があり、午後に速度を落として、ベローヌと並んで航行したが、決定力のある砲撃をするには離れすぎていた。さらに2時間の追跡の後、満身創痍のベローヌは降伏した。オッシュは戦線離脱し、ベローヌは戦線にいた他のどの艦よりも死傷者を多く出していた。この戦域の南では、アンソンが苦戦しており、フランス軍前衛の、まだ拿捕されていないフリゲート艦が、アンソンにひとまとめに襲いかかろうとしており、アンソンはかなりの危険にさらされていることに気付いた。アンソンのダラム艦長は、当初はフランス艦の接近に混乱した。それというのも、戦況を目にするには距離が離れすぎており、フランス艦は偽のイギリスのエンスンを掲げていたからだった。しかし彼らの正体を素早く見抜き、16時にロワールと開戦した。アンソンは損害が大きかったため、奇策を弄することができず、後退して去ってゆく敵艦に、射程外の砲撃をするのみだった。夕方、なおも活動できるフランス艦は追手から徐々に後退し、濃くなりつつある闇の中へ、彼らの旗艦を含む拿捕された4艦を残して消えて行った。
10月13日の朝、ウォーレンはドニゴール湾の外に2隻のフランスのフリゲート艦がいるのを見て後をつけ、メランパスの艦長ムーアには、はぐれた艦を捜査できるように、湾内の居残りを指示した。逆風にあおられながら、メランパスは日が暮れたかなりあとまで、あちこちを探し回っていた。そして23時30分、前面に突如ぬっとあらわれたアンモルタリテと、セントジョンズポイントにいたレゾリュにメランパスは驚かされた。アンモルタリテはすぐにメランパスであることを見抜き、出帆したが、レゾリュのバルゴー艦長は、それがイギリス艦と認めることができず、闇の中で味方の艦についていくことに二の足を踏んでいた。暗がりと混乱の中で、バルゴーはメランパスをアンモルタリテと勘違いし、メランパスに伴走し、メランパスが砲撃したため、自らの間違いを悟った。波が激しく、レゾリュの砲は下げ甲板（Lower Deck）に固定されており、レゾリュが返せた反撃は、船尾甲板のわずかな砲からのみだった。バルゴーは、レゾリュの水漏れがひどくなっていることから、それ以上の反撃は無用とみて、それから何分もたたないうちに降伏した。レゾリュは10人の兵と多くの艤装を失っていた。メランパスはレゾリュの乗員を乗艦させてから、アンモルタリテの追跡をするべくその場を離れた。
ロワールとセミヤントは戦闘から抜け出してブラックソッド湾に入り、フランスへ戻るはっきりした針路がわかるまで、そこに潜むことを望んでいた。しかし10月15日に、ジェームズ・ニューマン＝ニューマンのフリゲート戦隊が湾の南にある岬を回り、フランス艦を北へと追いやった。追跡を続けるニューマンは、レヴォリュショネア に、セミヤントを狙うように命じ、自らはロワールを、自艦であるマーメイドと、伴走するエドワード・ブレイス指揮下のブリッグ船カンガルーで追跡した。ロワールとセミヤントは、追手を分裂させるために二手に分かれた。夕方早い時刻に、マーメイドとカンガルーはロワールの航跡を見失い、セミヤントは追跡していたレヴォリューショネアをうまく退けた。しかしながら、10月16日の朝になって、ニューマンは水平線上にロワールを見つけ、すぐさま自艦マーメイドに追跡させた。ロワールは強い風に乗って、マーメイドよりも速かったが、カンガルーから逃れることはできなかった。カンガルーは、自分よりかなり大きなロワールと距離を置いた砲撃を行った。この両者の砲撃の重量にはかなりの違いがあり、カンガルーは最終的に艤装に損失を受けて後退した。ロワールにも損害があった。翌朝6時45分までにロワールのセゴン艦長は、敵から逃げきれないことを悟り、代わりに、マーメイドとの交戦を決意して縮帆した。その時点でマーメイドは、ロワールの射程内にある唯一の追跡者だった。マーメイドとロワールは7時に交戦状態となり、ロワールの乗員がマーメイドに乗艦してくる予定だったが、マーメイドの操舵手がそれを打ち破り、その後は、砲撃の応酬の間隔がだんだんせばまって、勢いを増してきた。マーメイドはロワールの円柱を何本か吹き飛ばしたが、ロワールになおも乗艦していた兵からの小銃射撃を受けた。9時15分、ロワールはまたも円柱を失い、ニューマンは敵の掃射を決断した。この戦略を遂行する一方で、ロワールからの砲撃はマーメイドのミズマストを倒し、マーメイドを機能不全にし、多くの大砲を使い物にならなくした。自らも損害を受けたロワールは、逃走の機会を窺っており、交戦せずに、ニューマンの指揮下のマーメイドの乗員たちが、マストの残骸物を取り除いてしまう前に、この敵艦から大きく距離を取った。強風のため、マーメイドのマスト修理の試みはさらに妨害された、何枚かの帆がむしりとられ、船から水中に落とされた船大工が溺死した。マーメイドが再び戦闘に臨めるようになった時、ロワールは影も形もなかった。ロワールのセゴン艦長にとって不運だったのは、10月18日の朝が明けた時、12日の戦闘でマストをへし折られるという損害を受けた後、南へのろのろと向かっていたにアンソンがすぐ近くに現れたことだった。アンソンそのものはほぼ制御不能ではあったが、ダラム艦長は再びフランスと相まみえる機会を逃そうとはしなかった。そして、じわじわとロワールに自艦で圧力をかけ、相手が逃げられないようにした。アンソンは、次の戦闘に備えるべく、16日の損害の修理が終わったカンガルーを伴っていた。10時30分、アンソンとロワールはたがいに砲撃を開始した。双方にとってこれはうまい戦略とはいえず、相手を圧倒するための火力に頼っていた。カンガルーは、ロワールの無防備な船尾に近づき、ロワール同様の砲撃を行って、繰り返し、動きのとれないロワールを掃射した。12時にはロワールはメインマストを失って、ひどく水漏れしていた。セゴンは降伏せざるを得なくなった。ロワールはこの戦闘6隻目の拿捕船として港へ牽引された。
フランスの残りのフリゲート艦4隻はほぼ追跡を逃れた状態で、19日までには自力でブレストに近づいており、港近くの、厳重なイギリスの包囲網をかいくぐることを期待していた。ロメーヌのマテュー＝シャルル・ベルジュヴァン艦長は、自艦の兵を13日にアイルランドに上陸させる予定だったが、兵士たちが上陸を拒否し、この計画を破棄せざるを得なかった。そして南西へ針路を取り、イギリス艦との接触をうまく避けて、スクーナー船ビッシュと合流して、10月23日にブレストに着いた。その同じ日に、レヴォルーショネアの追跡をかわしたセミヤントがロリアンに到着した。このセミヤントがフランスに帰国できた最後の艦だった。フリゲート艦アンモルタリテも、もう少しで無事に帰国できるところだった。10月20日の朝、ジャン＝フランソワ・ルグラン艦長はブレストに近づいているところを、ブレスト封鎖の近海戦隊の1隻である、イギリス艦フィスガードの艦長トマス・バイアム・マーティンに発見され、すぐさま攻撃を仕掛けた。アンモルタリテは最初は逃げるつもりだったが、11時、速度にまさるフィスガードと交戦せざるを得なくなった。近距離での激しい撃ち合いの間、フィスガードはかなりの損害を受け、もう少しでアンモルタリテに敗北を喫するところだった。アンモルタリテもマストを失い、沈没状態になって、15時に降伏した。115人の死傷者の中には、ルグランの一等海尉や、陸軍兵たちの指揮官であったモンジュ将軍もいて、みな戦死した。フィスガードは封鎖艦隊の他の艦の援助を受けて、順調に港に拿捕船を連行した。
フランスの最高司令部は、侵攻軍が崩壊して行くのをただ見ているだけではなかった。ダニエル・サヴァリ准将の率いる、第二の4隻のフリゲート艦隊を準備し派遣した。当初この艦隊の指揮官はボンパールの予定であったが、ボンパールはその後、第一の戦隊の生存者を護送する役に回された。10月27日、サヴァリはボンパールの戦隊が崩壊したこと、アイルランドの暴動について、キララの、フランスに共感する地元民から聞き、ボンパールの戦隊と似たような運命をたどるのを避けようとして、すぐさま南に向かった。しかし翌28日、ジェームズ・ソーマレズ艦長の3隻からなる戦隊に見つかった。この戦隊には2隻の戦列艦が組み込まれていた。ソーマレズはすぐにサヴァリの戦隊を追跡し、両軍はその日一日中長距離砲を交わした。夕方遅くなってから、ソーマレズの旗艦であるカエサル はフォアトップマストを強風で失い、指揮をテリブルのリチャード・ビッカートン艦長にゆだねた。追跡は翌日も続き、10月29日も遅くなってからサヴァリは戦隊を分割し、2隻のフリゲート艦を南東に派遣して、もう2隻は北西に針路を取らせた。これに対応して、ビッカートンも戦力を分割し、フリゲート艦メルポミーンを、南東に向かったフランス軍の追跡に当て、自分はサヴァリを追った。10月30日、イギリスの両艦は、それぞれの敵艦から2海里（3.7キロ）以内の所にいて、戦闘の準備を整え、強い嵐がやって来た17時に戦闘を開始した。サヴァリの艦はテリブルとの距離を広げていき、艦を軽くしようとして大砲や馬や装備を海に投げ入れ、そのためいくらか強風に対応できるようになった。イギリス艦テリブルはそれよりも重く、敵艦の速度に対抗できず遅れが出た。4隻は視界から消え去り、最終的には自力でブレストに戻って行った。これでフランスの、アイルランドへの最後の侵攻計画は幕を閉じた。オランダもまた、フランスの侵攻作戦の艦隊を支援しようとして失敗に終わっていた。オランダは小型フリゲート艦のフーリエとワークザームハイトを、10月24日に軍事物資と共にアイルランドに送っていた。まだ出航して何時間もたたないうちに、この2隻は、リチャード・キングが艦長を務めるイギリスのフリゲート艦シリウスに妨害され、拿捕されてしまった。この戦闘を1798年10月24日の海戦と呼ぶ。
サヴァリの帰港は、ヨーロッパ大陸諸国の、アイルランドへ軍隊を上陸させる最後の試みが終わったことを象徴していた。フランスの敗北はあまりにひどいものであったため、数度に及ぶ侵攻計画も真剣には熟慮されなかった。同様に、アイルランドの暴動における大きな敗北は、アイルランド大衆へのイギリスの報復と相まって、近い将来、再度暴動を起こすことへの望みは断たれてしまった。ユナイテッド・アイリッシュメンにとって一番深刻だったのは、ウルフ・トーン自身の逮捕だった。ブンクラナのオッシュの捕虜たちの中にいたのを発見されたのである。トーンは有罪を言い渡され、死刑となったが、処刑される前にダブリンで自殺した。イギリスでは、この戦闘は大きな成功とみなされ、イギリス議会は感謝の念を込めて従軍した者を表彰した。多くの下級士官が昇進し、乗組員には、拿捕した船の売却による報奨金が支払われた。この中で、アンモルタリテとロワールは購入されてイギリス海軍のものとなったが、名称は何年間もそのままであった。一方でオッシュとエムビュスカードは、それぞれドニゴールとアンバスケイド（Ambuscade）に改名された。コキーユは売却されたが、1798年の12月に悲劇的な、13人が亡くなるという弾薬爆発事故で船体がすべて壊れてしまった。あとの2隻、レゾリュとベローヌは、あまりにも老朽化していて、現役では使えないとされたが、拿捕により賞金を得たイギリス海軍が2隻を購入し、ベローヌはプロサーピン、レゾリュはレソリューと改名された。2隻は何年か港の陳列船として公開され、その後解体された。その50年後の1847年、この「1798年10月12日の戦闘」における従軍記念略章の対象となり、ナヴァル・ゼネラル・サービスメダルが、その当時まだ存命であった、戦闘従軍者に該当する人々のすべてに授与された。
PDP-11 は、ディジタル・イクイップメント・コーポレーション(DEC)が1970年代から1980年代に販売した16ビットミニコンピュータシリーズ。PDP-11 は DECのPDPシリーズのPDP-8コンピュータの主にリアルタイムシステムの後継であるが、両シリーズは10年間以上並存した。革新的機能をいくつか持ち、従来よりもプログラミングが容易になっていた。ミッドレンジのミニコンピュータとしての後継は32ビットのVAXである。その設計上の特徴は、モトローラのMC68000などのマイクロプロセッサの設計に影響を及ぼしている。またPDP-11上のオペレーティングシステム (OS) の設計は他のOS、例えばCP/MやMS-DOSの設計に影響を及ぼしている。最初の公式にUNIXと名付けられたバージョンのOSは、1970年に PDP-11/20 上で動作した。PDP-11のプログラミング上の低レベルな特徴とC言語の言語要素の類似は非常によく言われてはいるが、意図的にそのように設計したわけではない。たとえば、C言語の ++ や -- は、PDP-11より古い、PDP-7に実装したB言語に由来していて、ハードウェアの持っていた機能からの影響もあるだろうが、いくつかの特徴はハードウェアからというよりもトンプソンのオリジナルであろうとリッチーが書き残している（en:Increment and decrement operators#Historyを参照）。
DECが16ビットのPDP-11を開発するきっかけとなったのは、データゼネラルが発売した Data General Nova である。Novaはワード長16ビットだが、DECが当時主力としていたPDP-8のワード長は12ビットだった。PDP-11ファミリは1970年1月に発表され、同年前半に出荷が開始された。1970年代には17万台以上を売り上げた。当初はTTLのICで構成されていたが、1975年にはやや大規模な集積回路を使いCPUをワンボード化している。1979年にはマルチチップモジュール化したプロセッサ J-11 を開発。シリーズ最後の機種である PDP-11/94 と PDP-11/93 は1990年に登場した。
プログラマがPDP-11を好むのは、その直交性の高い命令セットによって命令の種類とメモリアクセス方法を分けて考えることができるからである。任意のメモリアクセス方法(アドレッシングモード)を任意の命令に使用でき、他の命令セットのように例外事項を覚えておく必要がない。例えば、多くの命令セットでは load と store があるが、PDP-11には move 命令しかなく、転送元と転送先のどちらのオペランドでもメモリもレジスタも指定可能である。また、入出力専用の命令がなく、直交性によって入力デバイスから出力デバイスへ直接データ転送することも可能である。同様に加算命令も任意のオペランド（メモリ、レジスタ、デバイス）を加える数としても計算結果の格納先としても使える。PDP-11の命令セットアーキテクチャはB言語の慣習的構文に影響を与えていると言われているが、間違いである。レジスタインクリメントやデクリメントを行うアドレッシングモードが C言語の −−i とか i++ といった式に対応していると言われている。もし i も j もレジスタ変数なら、*(−−i) = *(j++) といった式は1個の機械語命令にコンパイルできる。デニス・リッチーは、B言語設計時にPDP-11は存在しなかったのだからこの伝説は間違いだと、明確に否定した。ただし、PDP-7の自動インクリメントセルがPDP-11のアドレッシングモードに影響している可能性はあるが、B言語そのものはPDP-7のその機能も使っていないと述べている。それでも、C言語はPDP-11で実装する際にPDP-11の持つ細かい利点を活用しており、そのために後のプロセッサの設計に影響を与えた可能性はある。論理的には、アドレッシングモードと命令セットによってベースが提供されていると言える。2オペランド命令は、2つの6ビットフィールドでオペランドを指定し(3ビットがレジスタ指定で、3ビットがアドレッシングモード指定)、4ビットで命令コードを指定する。1オペランド命令は、6ビットでオペランドを指定し、10ビットで命令コードを指定する。どの命令でもオペランド指定フィールドには任意のアドレッシングモードを指定できる。8本のレジスタ(0番から7番まで)で、7本のレジスタは任意の用途に使用可能だが、6番のレジスタはいくつかの命令ではスタックポインタとして認識され、7番のレジスタはプログラムカウンタである。プログラムカウンタがプログラマから見えているという発明とアドレッシングモードの組合せで、絶対アドレス指定と相対アドレス指定が可能となった。アドレッシングモードとしては、レジスタ、即値、絶対アドレス指定、相対アドレス指定、間接アドレス指定、インデックス付きアドレッシングがあり、さらにレジスタの自動インクリメント/自動デクリメント（バイト操作なら1、ワード操作なら2）を指定できる。相対アドレス指定を使えば、機械語プログラムを位置独立にできる。
PDP-11のエンディアンは独特であった。16ビットワードはリトルエンディアンで格納される。すなわち下位バイトがアドレスの小さいほうに格納される。32ビットワードを構成する2個の16ビットワードは、ビッグエンディアンで格納される。すなわち上位16ビットワードがアドレスの小さいほうに格納される。ここで、各16ビットワード内は前述のようにリトルエンディアンである。PDP-11が非常に一般化したため、この形式を PDPエンディアン と呼ぶことがある。このようなミドルエンディアンにまつわる問題を「NUXI問題」と言う。これは UNIX という文字列をPDPエンディアンの順序で並べ替えたものに由来する。UNIX を他機種に移植した際、最初の起動メッセージ（しばしば、本格的な初期化に入る前、最小限のブートが完了したことを示すため、短い文字列を出力することがある）として「UNIX」ではなく「NUXI」と出力されたことがあった、と言われている。（なお、コンピュータ中のデータの並べ方について「エンディアン」という語を使う提案は1980年になされたものであるため、初期のPDP-11についてエンディアンという語を使うのは後付けということになる）
他の初期のコンピュータとの大きな違いとして、初期の PDP-11 は入出力専用バスを持たず、Unibus というメモリバスしか持たない。そのため入出力機器はメモリ空間にマッピングされ、特殊な I/O (入出力) 命令を必要としない。また、それぞれに割り込みベクターと割り込み優先度が設定される。プロセッサのアーキテクチャが可能にしたこの柔軟性の高いフレームワークにより、新たなバスデバイスを容易に考案でき、当初予想もしていなかった新たなハードウェアの制御も可能である。DECはこのUnibusの基本仕様を公開し、バスインタフェース回路基板のプロトタイプも提供し、ユーザーが独自のUnibus対応ハードウェアを開発できるようにしていた。これにより、PDP-11は特注の周辺機器の制御を得意とした。アルカテル・ルーセントの前身の1つである Bell Telephone Manufacturing Company が開発したX.25ネットワーク・パケット交換機 BTMC DPS-1500 は管理システムとしてPDP-11と組み合わせて配備され、Unibus経由で直接接続されていた。PDP-11ファミリの上位機種であるPDP-11/45やPDP-11/83システムは、この単一バス方式をやめている。その代わり、CPU筐体内だけでCPUとメモリ間の専用インタフェース回路を使用し、UnibusやQ-busはI/O専用とした。PDP-11/70ではさらに、磁気ディスク装置や磁気テープ装置とメモリ間を新たな専用バス Massbus で接続した。入出力機器はこういった構成でもメモリアドレス空間にマッピングされ続けたが、追加されたバスインタフェースの設定のためのコードを追加する必要があった。
割り込みシステムはなるべく単純になるよう設計され、割り込みシーケンスでイベントを逃さないことを保証している。デバイスが割り込みを発生する場合、4本の優先度ラインのいずれかをアサートする。プロセッサは優先度毎の割り込みデイジーチェインに応答する(デイジーチェインはイベントを順番に並べる一種の論理回路である。最初の論理ゲートが最初に処理される。デイジーチェインはその優先度でのデバイス間の優先順位に従って設定される)。PDP-11の設計では、この割り込み応答順はデバイスが物理的にCPUに近い順番になっている。CPUが応答すると、デバイスはそのベクターアドレスをバスに出力する。これは4バイトのメモリブロックのアドレスである。CPUはステータスレジスタとプログラムカウンタをベクターテーブルからロードする。このときのステータスレジスタの値は割り込みを不可とするようになっている。プログラムカウンタにロードされるアドレスは割り込みハンドラのスタートアドレスである。割り込みハンドラがデバイスに関する処理を行い、その過程で割り込んできたデバイスの割り込み信号を再設定する。最後に特殊なRTI (Return From Interrupt) 命令でCPUが割り込まれた箇所に戻る。戻ったところが低優先度の割り込みの処理中の場合もあり、割り込み処理の入れ子が可能である。このような処理によって割り込みを受け付けそこなうことを防いでいる。未処理の割り込みはどの段階であってもそのまま存在していて、次のサイクルで処理可能である。割り込み処理が間違って起動されるとCPUはタイムアウトとなり、特殊な擬似割り込みを発生してユーザーに対してハードウェア故障を警告する。