El 1 de septiembre de 1870 comenzó la batalla de Sedan. El Ejército de Chalôns, con 202 batallones de infantería, 80 escuadrones de caballería y 564 cañones de artillería, atacó a los circundantes Tercer Ejército Prusiano y Ejército del Mosa, que comprendían 222 batallones de infantería, 186 escuadrones de caballería y 774 cañones. El general de Wimpffen, comandante del V Cuerpo Francés de reserva, esperaba poder lanzar un ataque combinado de infantería y caballería sobre el XI Cuerpo Prusiano. Sin embargo, hacia las 11:00 la artillería prusiana martilleaba las posiciones francesas mientras llegaban nuevos refuerzos germanos al campo de batalla. Tras un intenso bombardeo, cargas prusianas desde el este y noroeste, y ataques bávaros desde el suroeste, el Ejército de Chalôns fue repelido hacia Bois de la Garenne, donde capituló. La caballería francesa, comandada por el general Marguerite, lanzó tres ataques desesperados en la cercana aldea de Floing, donde se había concentrado el XI Cuerpo Prusiano. Marguerite cayó en combate liderando la primera de estas cargas, y las dos siguientes no tuvieron más fruto que importantes pérdidas para los franceses.
Al final de la jornada, ya sin esperanzas de romper el asedio, Napoleón III ordenó un alto el fuego: 17.000 franceses habían muerto o caído heridos, y otros 21.000 habían sido capturados. Las pérdidas prusianas ascendían a 2.320 hombres muertos, 5.980 heridos y 700 capturados o desaparecidos.
Al día siguiente, 2 de septiembre de 1870, Napoleón III ordenó izar bandera blanca, rindiéndose con todo el Ejército de Chalôns a Moltke y al rey prusiano.
