Решено было объединить начальствование всеми армиями в лице особого главнокомандующего. Избран был Кутузов. Армии отступали и остановились на Бородинском поле, где 26 августа я разыгралась знаменитая битва. Она была последним днем долгой и славной боевой деятельности Багратиона, насчитывавшей 20 походов и войн, 150 сражений, боев и стычек.
На долю Багратиона выпала оборона слабейшего тактически — в смысле как местности и ее приспособления, так и занятия войсками — участка всей позиции; центр бородинской позиции составляли две высоты на расстоянии 1 версты одна от другой: первая — между р. Колочей, ручьем Стох и речкой Семеновной, вторая — к юго-западу от д. Семеновской; на первой была построена батарея Раевского, на второй — Багратионовы флеши — 3 батареи; участок этот занимали 2 пехотных и 1 кавалерийский корпус, а за Багратионовыми флешами стояла дивизия Неверовского. Наполеон назначил для атаки флешей Нея с 5 дивизиями с фронта и 2 — с фланга, при поддержке 3 резервных кавалерийских корпусов; 120 орудий должны были действовать по батарее Раевского и флешам.
В 7 часов утра 26 августа Ней начал атаку, в 8 часов, утра овладел флешами и готовился уже атаковать д. Семеновскую; в 9 часов Багратион взял флеши обратно, но в 10 часов опять их потерял; в 11 часов дня, поддержанный дивизией Коновницына и 4 кавалерийскими полками, Багратион снова выбил французов, но во время этой блестящей атаки, которая должна была послужить началом перехода в решительное наступление, он был тяжело ранен. Но он не хотел оставлять поле сражения, пока ему не донесут о результатах только что начавшейся атаки кирасир, и продолжал распоряжаться под огнем. Однако потеря крови и вследствие этого слабость усиливались, и Багратиона унесли с поля сражения и отправили в Москву.
Слух о ранении и даже смерти Багратиона быстро распространился между солдатами и, по словам Ермолова, привел их в полное отчаяние, так что в рядах их обнаружилось замешательство, ввиду которого Коновницын, заступивший место Багратиона, не признал возможным дальнейшую борьбу за флеши и отошел за Семеновский овраг.
В Москве лечение Багратиона пошло сперва относительно успешно, но переезд из Москвы в имение его друга, князя Б. Голицына, Симы Владимирской губернии по тряской дороге, дурная осенняя погода и скорбь от потери Москвы повлекли осложнение болезни, опасное для изнуренного беспрерывной походной боевой жизнью организма героя. Предложение врачей ампутировать ногу «повлекло гнев князя» — и 12 сентября он скончался в Симах в страшных мучениях.