拿破侖指派馬塞納負責整個架橋行動。
但是，在洪水泛濫期試圖將全軍都送過多瑙河以追殲十萬行蹤不明的敵軍，拿破侖此舉的確是人們可以想見的最危險的軍事行動。他一向是個大膽的賭徒，迄今為止在孤注一擲的戰爭賭博中他還一直是個贏家。在與博利厄、柯裏、維爾姆澤、阿爾文齊、梅拉斯和麥克等一連串奧軍將領較量時，他都大事訛詐，以求一逞。而現在他又隻帶十萬人過河去追殲查理大公。
多瑙河在維也納和普雷斯堡之間這段長四十英裏的河道，在洪水泛濫的春季特別容易成為一種十分可怕的軍事障礙。上一個世紀時，它還不斷得到普遍的防護疏浚，但到1809年時，這段河道卻變得蜿蜒曲折並被大小島嶼分割成無數條航道。雖然航道多就要額外多架設些橋梁，但作為補償每座橋的長度和河水的流速也相應減下來了。拿破侖在接到偵察報告後決定將橋址選在凱澤埃伯斯多夫村對麵，該村位於多瑙河右岸(即南岸)，維也納下遊六英裏處。多瑙河在此被一個地勢低窪的江心島洛鮑分成兩大航道。主航道(即南邊航道)寬720碼，當中有一個沙質小島可為架橋作業提供便利。洛鮑島有三英裏長，二英裏寬，這就為大部隊集結提供了充裕的場地。此外，還有一條寬僅140碼的側航道，其流速比主航道慢得多。
馬塞納的炮兵和工兵開始爭分奪秒地進行架橋作業。他們從維也納弄來木料、繩纜和船隻，很快就把一座浮橋從多瑙河右岸架到了洛鮑島。由於缺乏浮舟、錨鏈，他們便將炮彈箱係在纜索上沉入河中。主航道上的第一座浮橋於5月19日建成。拿破侖也於當天下午到達凱澤埃伯斯多夫。20日拂曉，馬塞納四個師中的第一批一個師過橋抵達該島。隨後過橋的是四個輕騎兵師和馬塞納的另一個步兵師。在另一條側航道上，法軍用虜獲的奧軍浮船也架起了浮橋。馬塞納進而占領了離多瑙河左岸(即北岸)兩英裏的兩個內陸村莊阿斯佩恩和艾斯林。
至此，法軍僅遭到奧軍警戒部隊的輕微抵抗。其實，這正是查理大公設的圈套。查理大公已將軍隊集中在多瑙河北岸的平原上，而將右翼置於河邊的阿斯佩恩村。他的企圖是先讓法軍渡向北岸，然後乘其半渡之際，將他們一舉趕下水去。他的陷井布置得很好，法軍果然中計。
5月21日拂曉，馬塞納的四個師和拉薩爾的兩個騎兵師已在對岸艾斯林和阿斯佩恩之間展開，拿破侖本人也從洛鮑島過了河。下午約近2時，查理大公發起進攻，把法軍趕出了阿斯佩恩。拉薩爾的騎兵進行反擊，整個下午雙方都為這兩個村莊而展開了激烈的爭奪。隨之，拿破侖的軍事行動遭到自然災害的打擊。由於洪水驟至，河麵陡漲四英尺，把主橋的一些錨鏈扯斷，浮舟被洪水卷走。孤立在對岸的三萬法軍既得不到生力軍增援又得不到彈藥補充。而奧軍在查理大公的親自率領下仍在不停頓地進攻。法軍經過拚死努力一直到午夜才將舟橋修複。
拿破侖並未被這一災難嚇倒，他決定次日繼續爭奪。他命令貝西埃爾指揮全部騎兵，並以拉納軍和近衛軍增援橋頭陣地。拿破侖還差人去召喚達武軍，該軍當時正在監視維也納上遊的多瑙河渡口。但不等達武軍到來，災難又接踵而至。奧軍從上遊放下了滿載著石頭和熊熊燃燒的木材的火船，火船直衝主橋，將主橋再次毀壞。左岸的部隊此時已完全精疲力竭而且彈藥也快耗盡。22日下午2時，拿破侖命令左岸的部隊全部撤到島上，由馬塞納擔任後衛部隊的指揮。撤退一直到夜幕降臨還在進行，就在這次撤退中，拉納受致命傷。
下午7時，拿破侖在島上與元帥們舉行了一次軍事會議。貝爾蒂埃主張放棄進攻，但拿破侖卻決定在洛鮑島上掘壕據守以待水勢減退後用新增援的部隊再作一次進攻嚐試。至此，交戰雙方都損失慘重：法軍傷亡更大一些，它被迫丟棄了大部分傷員，損失人數已逾四萬四千人；奧軍傷亡共二萬三千人。這是拿破侖平生所曾遭受過的第一次真正的失敗，此外他還失去了一個最英勇善戰的元帥。
不過，他仍占據著他稱之為"拿破侖島"的洛鮑島，作為他第二次進攻的起跳板。他把馬塞納軍留下據守該島並積極準備進行更大規模的渡河作戰。他將自己的大本營撤至埃伯斯多夫，而讓人在島上修建了一座以樹林作掩蔽的高高的了望塔，這樣他就可以由此觀察到河岸。在馬塞納的陪同下，他對該段河川作了一次徹底的偵察，為了不致引起奧軍前哨的注意，兩人還特意扮成士官模樣，經過這番偵察，他決定在上次架設浮橋的地方從島的北端向艾斯林和阿斯佩恩實施佯渡以迷惑敵人，而將實際渡河點選定在洛鮑以東的一個小島上(他稱之亞曆山大島)，該島位於下遊，離原渡河點約三英裏。從該島，他將把在上遊準備好的浮橋於渡河的前夜架至左航道對岸。同時，在右航道對著埃伯斯多夫以粗大的木料架設一座有三排橋樁的木橋。由於主航道那一段深達25英尺，所以打樁頗費功夫。為了保護該橋，特意在上遊修建了一座堅固的水柵。
在為渡河作了這些周密的準備之後，拿破侖遂將大本營遷至肖恩布魯恩宮，並著手整編軍隊。在戰鬥中遭受重創的各軍由於獲得了來自法國本土的增援又都恢複了元氣。歐仁王子率意大利軍團在把約翰大公的奧軍逐入匈牙利後，已奉召趕到維也納，同時馬爾蒙軍也從達爾馬提亞被召了回來。由於拉納在5月31日因重傷身亡，烏迪諾奉命接任第二軍軍長。在獲得這些部隊的補充增援之後，拿破侖到7月4日的預定渡河日時已成功地集結了一支擁有25個步兵師，10個騎兵師和544門大炮的打擊力量。其編成如下：
近衛軍(瓦爾特)：11,000；
第四軍(馬塞納)：30,000；
第二軍(烏迪諾)：24,000；
第三軍(達武)：35,000；
第九軍(貝爾納多特)：18,000；
歐仁王子所率部隊：31,000；
馬爾蒙軍：10,000；
騎兵軍(貝西埃爾)：9,000；
巴伐利亞師(符雷德)：7,000；
共計：175,000；
此外，他還有勒費弗爾的第七軍和旺達姆的第八軍作側衛，駐守維也納和保衛交通線。
整個六月份拿破侖都極為密切地關注著為其偉大的軍事行動所作的一切準備工作。6月13日，他給工兵主任貝特朗將軍寫信說：
在召見了那位主持島上工作的軍官時，我發現他是一個可憐的家夥，他既無這些島嶼的地圖又無平麵圖。他之所以令人同情是因為每個步兵軍官都有地圖。看來工兵勤務執行得並不好。負責維也納城郊防禦工程的工兵上校應該備有所有這些島嶼的平麵圖，應該通過勘察不斷修訂。應該尾隨敵人運動，每天報告，在拂曉時還要對每個要點抵近偵察。但是你的工兵軍官卻不是這樣，他們什麼都沒看，也什麼都沒做。
他對馬爾蒙軍從達爾馬提亞經盧布爾雅那和格拉茨慢吞吞地開往維也納與他會合也十分生氣。他於6月28日給馬爾蒙寫信說：
你直到27日還未到達格拉茨，你犯下一個將軍可能犯的最大的軍事錯誤。你本應於23日子夜抵達那裏。......你擁有我軍最精銳的部隊，我要你來此參戰，而你卻遲到數天之久。與你現有狀況相比，戰爭似乎要求具有更大的主動性和機動性。
6月30日傍晚，拿破侖用馬塞納軍的一個師在阿斯佩恩以南的舊橋址發動佯攻。令拿破侖驚詫的奧軍實際上未作抵抗，結果馬塞納得以將奧軍前哨逐回阿斯佩恩並架起了一座架柱橋。事實上，這正是在按查理大公的作戰計劃行事。查理大公已將其十三萬人和四百門炮的兵力部署了一個長12英裏凹入的半圓形陣地。其右翼以多瑙河畔的阿斯佩恩為依托，由三個軍組成，據守布雷滕利-聚森布侖-亞德克拉-多伊茨-瓦格拉姆一線；其左翼也由三個軍構成，從多伊茨-瓦格拉姆沿魯斯巴赫河左岸一直延伸到馬爾格拉夫-新錫德爾。查理大公想把拿破侖全軍都誘入這個圈套之內。為此，他還命令其弟約翰大公在普雷斯堡的那個軍(有14,000人，相距有三天的行程)向西移動，封閉馬爾格拉夫-新錫德爾以南的缺口，從而對法軍完成合圍之勢。這的確是一個深思熟慮的作戰方案，而且在阿斯佩恩-艾斯林業已證明是成功的。
拿破侖對查理大公的作戰計劃和兵力部署一無所知，他自恃兵力強大，認為隻要渡過多瑙河即可輕易取勝。7月2日，他發布了渡河作戰令。7月4日黃昏，兩營輕步兵在炮火掩護下(左岸奧軍炮火被壓製)乘筏子從亞曆山大島出發渡過了左航道。在米爾勒騰和格羅斯恩澤斯多夫之間一個名為漢斯格蘭德的低窪淺灘建立了橋頭堡，爾後將浮橋架過對岸並予以緊固。全軍渡河作戰分為三波：
第一波(從右至左)：達武，烏迪諾，馬塞納。
第二波(從右至左)：歐仁王子，近衛軍，貝爾納多特，馬爾蒙和符雷德(巴伐利亞軍)。
第三波：貝西埃爾所率騎兵預備隊。
雷尼埃將軍率一個師步兵和113門火炮留守洛鮑島，以便萬一失利可掩護退卻。全軍從橋頭陣地依照上述戰鬥列展開並以馬塞納在阿斯佩恩的左翼側為樞軸向北迂回。
這個精心擬定的計劃取得了完全成功。7月4日晚，風雨交加，電閃雷鳴，暴風雨分散了奧軍的注意力，加上查理大公的主力在北邊七英裏遠的地方守候他們，所以法軍渡河時沒有遇到任何抵抗。法軍過河後即擊退了奧軍前衛按預定計劃向左實施大規模的迂回運動。這是參謀作業的一個巨大成就，因為它僅在一夜之間就把十五萬大軍連同其戰馬，火炮和彈藥送過了歐洲最大的一條河流。不過，拿破侖還是責備了貝爾蒂埃，因為他下達的行軍表不準確，致使達武軍本該由右邊橋梁通過卻走了中間一座橋梁，這就使部隊的展開延誤了數小時。
在維也納和普雷斯堡之間的多瑙河北岸綿亙著一塊東西長四十英裏，南北長二十英裏名為馬爾赫費爾德的肥沃平原，其北部與摩拉維亞山地相連。馬爾赫河和多瑙河左岸一些支流從平原流過給以灌溉之利。在這些較大的支流中，有一條叫魯斯巴赫。查理大公的左翼部隊已沿該河左岸在多伊茨-瓦格拉姆和馬爾格拉夫-新錫德爾之間長約四英裏的地段掘壕據守，該翼包括羅森貝格、霍亨佐倫和貝爾加德三個軍。查理大公的右翼在多伊茨-瓦格拉姆處與其左翼結合，該翼先向西，逐漸折往西南，經阿德克拉村、蘇森布倫村、布雷滕利村至阿斯佩恩村，構成一條長八英裏以多瑙河為依托的弧形防線。這一翼由克裏勞軍、柯羅華特軍和列支敦士登親王的部隊據守。克裏勞是一天前剛接替席勒任軍長的。
頭天夜裏，雷電大作，驟雨傾盆，但到7月5日拂曉時，天卻開始放晴並轉熱了。法軍在下午3時完成了扇形接敵運動並抵近奧軍布防的四麵弧形陣地。但查理大公此時卻不急於交戰，因為其參戰各軍尚未完全展開，其弟約翰也相距甚遠，約翰如到達即可構成合圍。本來查理大公如果在拂曉時乘法軍半渡之際發起攻擊，他可能已將法軍徹底殲滅。
馬塞納軍的四個師在阿斯佩恩和阿德克拉之間構成整個法軍的左翼，從一開始他就與克裏勞軍在阿斯佩恩附近展開了激戰。拿破侖直到下午6時才將其近衛軍和重騎兵預備隊集中到拉斯多夫附近其中心點的後方(位於多伊茨-瓦格拉姆以南4英裏)。經過陣前偵察，他決定攻擊奧軍在水深流濁的魯斯巴赫河一線的左段。這次攻擊是由達武和烏迪諾從正麵發起的，但到處受挫，傷亡慘重。一些指揮官由於很晚才接到命令，因此他們的進攻都是零星發起的，而奧軍則猛烈反擊。結果不但沒有攻下任何敵軍陣地，位於中部的貝爾納多特所指揮的薩克森軍反而被逐出了阿德克拉村，狼狽而回。由於夜幕降臨，拿破侖命令停止戰鬥，打算次日繼續進攻。
豈料7月6日清晨，查理大公竟率先發動進攻，這不禁使拿破侖大吃一驚。馬塞納的四個師在阿德克拉和阿斯佩恩之間長達7英裏的正麵上，被迫抵禦奧軍主力克裏勞軍和柯羅華特軍的衝擊。其右邊的薩克森軍再次被擊潰，而其左邊的布爾代師則被逐出阿斯佩恩村，其火炮也損失殆盡。形勢看起來十分危急，因為，如果奧軍沿多瑙河岸推進，法軍就會被切斷退路。麵臨著這種危險，拿破侖隻有兩種選擇：要麼將其預備隊也調過河來支援其受威脅的左翼；要麼對奧軍的中路和左翼實施反擊。前一種方案困難在於距離太長，調動複雜，拿破侖遂決定打擊瓦格拉姆，因為這是奧軍左右翼的接合部和中心要點。與此同時，他還可以用右翼部隊席卷魯斯巴赫敵軍全線。
拿破侖要馬塞納不惜一切代價守住左翼，然後命令洛裏斯托納和德魯奧把近衛軍的六十門火炮投入戰鬥，集中炮轟瓦格拉姆和阿德克拉之間的奧軍中心。經過長時間，大規模的炮擊之後，貝西埃爾率領重騎兵師向業已動搖的奧軍步兵衝去。接著，麥克唐納所率歐仁的二十營步兵以及隨後跟進的馬爾蒙和符雷德的部隊相繼突破了奧軍中部。同時，右翼的達武在馬爾格拉夫-新錫德爾以南渡過魯斯巴赫河，席卷整個奧軍左翼之後也向瓦爾格拉姆合圍。戰鬥異常激烈，奧軍的抵抗十分英勇。但是，當查理大公在下午4時獲悉其弟約翰的部隊離戰場還有10英裏遠時，他這才意識到其圍殲法軍的計劃已告失敗，同時感到即使把這場屠殺繼續下去也於事無補，遂命令部隊脫離戰鬥向北撤入摩拉維亞山區。
奧軍的撤退井然有序，僅丟下重傷員和一些被打壞的火炮。法軍精疲力竭無力追擊，拿破侖已經把所有預備隊都用光了。在近程炮戰中雙方都投入了四百門以上的大炮，因此傷亡慘重。法軍傷亡可能高達三萬餘人，奧軍也可能有二萬六千人。對於拿破侖而言，瓦格拉姆之戰雖不象弗裏德蘭之戰和奧斯特裏茨之戰那樣可稱之為壓倒性的勝利，但結果證明它同樣是決定性的。查理大公的軍隊在夜間以數路縱隊向北撤退。法軍於次日才不緊不慢地追擊。7月10日，馬塞納在茲諾伊莫追上奧軍後衛，兩軍交手，馬塞納取勝。此後，奧皇感到自己的軍隊不能再承受更大損失，遂於11日派列支敦士登親王向拿破侖請求休戰，拿破侖欣然同意。他遠離法國本土，況且從西班牙傳來的消息也不容樂觀。戰爭行動雖已告終，但經過了三個月的艱苦談判，雙方才於10月14日在肖恩布魯恩宮最後簽訂了和平條約。
瓦格拉姆之戰後，拿破侖把失寵的貝爾納多特遣送回國，他對這位元帥指揮薩克森軍不力甚為不滿。麥克唐納、馬爾蒙和烏迪諾則分別授予元帥銜，達武晉封為埃克繆爾親王，馬塞納晉封為艾斯林親王。