Frossard deltok så i de tre store slagene rundt Metz, som fant sted den 14., 16. og den 18. august. Ved slaget ved Mars-la-Tour (16. august) reddet Frossard en vanskelig situasjon ved et kavallerifremstøt, men Bazaine utnyttet denne fremgangen dårlig. Etter nederlaget i slaget ved Gravelotte to dager etter måtte Frossard trekke inn til Metz. Festningen i Metz ble omringet, og med Frossard og tusenvis av offiserer satt fast der. Ved kapitulasjonen ble han krigsfange.