此時，麥克馬洪元帥在夏龍又重新組成了一個新軍團，共13萬餘人，他決定退守巴黎。8月21日，部隊出發不久，麥克馬洪接到大本營電報，要他火速馳援正在突圍的巴讚部隊。麥克馬洪被迫回師東進。8月26日，麥克馬洪向北繞道迂回到色當以南地區，避開從南錫往西北前進的普軍繆斯軍團。
毛奇從騎兵偵察隊那兒得知麥克馬洪正向梅斯開進，一時頗為疑惑，難道法國人連首都都棄之不顧了嗎?因為巴黎方麵已經沒有防衛部隊了。8月29日，他從被俘的法軍參謀人員口中得知確切消息，立即命令繆斯軍團和第三軍團向北疾進，阻止麥克馬洪渡過馬斯河。
麥克馬洪在途中得知巴讚仍被圍在梅斯，普軍兩個軍團又漸漸逼近，知道救援巴讚已無可能，為免全軍被困，唯一出路是向北撤退。但拿破侖三世不甘心放棄梅斯的法軍主力，命令麥克馬洪繼續東進。法軍指揮混亂，命令反反複複，搞得部隊疲勞而沮喪，而且也錯過了戰機。
8月30日，普軍前鋒部隊趕到，隨即發起襲擊。法軍正在進食，措手不及，受到重創。當晚，麥克馬洪命令部隊進駐與比利時接壤的色當要塞。拿破侖三世也進入色當。
毛奇命令繆斯軍團越過馬斯河，搶占通往比利時的阿登山口，從北麵和東麵包圍法軍，第三軍團截斷法軍往巴黎的退路，從南麵和西麵發起進攻。8月31日，普軍從四麵向色當附近的法軍發起猛攻。毛奇對普王威廉說：“近衛師開始進攻了，我祝賀陛下取得本世紀最偉大的勝利。”經過一天激戰，法軍被壓縮在要塞周圍一片狹小的地域內。黃昏時分，毛奇觀察著地圖，見合圍已經完成，不禁得意地說：“現在我們把他們關在一個老鼠籠子裏了。”
色當城周圍小山環繞，法軍駐紮城內，位置極為不利。麥克馬洪當初退至色當，並不打算在這裏組織防守，不過想休息兩天，然後往西南撤退。沒料到普軍進軍如此神速，兩夜之間便使他成了甕中之鱉。
9月1日淩晨，大霧彌漫，法軍迅速占領陣地，準備抗擊普軍進攻。普軍155000人已進抵前沿，占領了周圍幾乎所有高地，七百門火炮一齊對準色當城。俾斯麥和普王站在一個離色當隻有三公裏的小山上，用望遠鏡俯瞰著霧氣籠罩的色當城，等待著欣賞勝利的全過程。
不久，霧氣開始消散，色當要塞的輪廓漸漸顯現出來。毛奇下令總攻，七百門大炮一齊怒吼，炮彈像雨點般落在法軍的陣地上和城內的房屋上，到處是一片震耳欲聾的爆炸和熊熊大火，法軍士兵爭先恐後往堡壘裏亂鑽。上午七時，法軍總指揮麥克馬洪元帥在視察前沿陣地時被炸成重傷，被迫交出指揮權。當時法軍還控製著城北一處高地，這是法軍唯一可能的退路。可是法軍將領們卻在是否突圍的問題上發生爭吵，普軍趁機攻占北部高地，將十餘萬法軍全部裝入袋中。此後，普軍采取聯合火力，集中炮火進行壓製性射擊，猛烈的炮火時而轉向東側，時而移向西部，轟得法軍士兵不知所措，驚恐亂竄，互相踐踏，死傷累累。色當成了名副其實的地獄。
拿破侖三世絕望地躲在地堡內，稱霸歐洲的雄心壯誌已然灰飛煙滅。他反複考慮，實在不願意享受一個皇帝戰死的罕見的光榮。下午三時，他下令在中央塔樓上升起白旗，並派人向普王遞交了求降書。9月2日上午，拿破侖三世在童雪裏村會見俾斯麥，法軍正式投降。
至此，色當戰役結束。此役法軍死傷一萬七千餘人，被俘十萬三千人，其中包括法國皇帝、元帥和39名將軍。此外還交出各種火炮550餘門，車輛一千餘輛，戰馬六千匹。色當戰役是一個典型的完全的包圍戰，在世界戰爭史上具有重要的意義，影響十分深遠。
隨後，毛奇指揮普軍長驅直入，繼續向巴黎推進。這次他決心貫徹他的信條；政治不得妨礙戰爭的進程，直至戰爭結束。他決心不讓任何人使他的勝利再打折扣。