Из своей ставки на холме у Тонберга Наполеон видел, как пришли в движение резервы союзников, как свежие кавалерийские дивизии остановили Мюрата, закрыли брешь в союзных позициях и вырвали, по сути дела, из рук Наполеона.
Полный решимости одержать верх любой ценой до подхода войск Бернадота и Беннигсена, французский император отдал приказ пустить на ослабленный центр союзников силы пешей и конной гвардии и хотел снять с северной части позиции корпус Мармона. Однако неожиданная атака австрийцев на правый фланг французов — группа Мерфельда дошла до Делиц — изменила планы Наполеона и заставила послать часть гвардии на помощь князю Понятовскому, который с трудом сдерживал австрийские удары. Чтобы предотвратить удар во фланг, сюда же был брошен корпус Удино. После упорного боя австрийцы были отброшены, а сам граф Мерфельд попал в плен. Но зато был упущен момент для повторной атаки в центре.
В это время с севера к Лейпцигу подошла Силезская армия. Блюхер атаковал корпус маршала Мармона, который с 24 000 солдат сдерживал его натиск. Деревни Меккерн и Видерич в течение боя неоднократно переходили из рук в руки. Пруссаки показывали в этот день примеры поразительного упорства и мужества. В одну из последних атак генерал Горн повел свою бригаду в бой, отдав ей приказ не стрелять. Под барабанный бой пруссаки пошли в штыковую атаку, а бранденбургские гусары врубились во фланги французской колонны. Французские генералы говорили позже, что они редко видели проявление столь неудержимой отваги, какую продемонстрировали прусские солдаты. Когда первый день сражения закончился, воины Блюхера сделали себе заслоны из трупов убитых, полные решимости не отдавать французам захваченных территорий. В конце концов Мармон должен был оставить Меккерн, что ухудшало положение Наполеона, угрожая ему окружением.
Бой у Линденау окончился для союзников неудачно. Корпус Бертрана отбил все атаки Гиулая и удержал сообщения в своих руках. По-прежнему главной бедой союзников оставалось отсутствие единого командования. Номинальный главнокомандующий фельдмаршал Шварценберг весь день провел с войсками Мерфельда и никакого влияния на общий ход боевых действий не имел. Ставка монархов могла связаться с Силезской армией и о результатах ее сражения с Мармоном узнала только на следующий день.
К вечеру сражение утихло. Потеряв по 30 000 человек, ни одна из сторон не добилась решающего успеха. Но если потери союзников вполне компенсировались подходившими к Лейпцигу армиями Бернадота и Беннигсена, насчитывающими около 110 000 солдат, то Наполеон мог ожидать всего 25 000 человек — корпус Ренье и одну дивизию из корпуса Сугама. Попытка императора разбить Богемскую армию до подхода остальных войск коалиции не удалась. Союзники выиграли время на сосредоточение всех своих сил.
В ночь с 16 на 17 октября к городу подошли свежие силы — Северная и Польская армии. Теперь союзники имели 306 000 человек, Наполеон — только 185 000. Ему нужно было немедленно отступать, но это означало признать себя побежденным. Рано утром французский император объезжал вчерашнее поле битвы в сопровождении Мюрата, который отметил, что со времен Бородина не было такой массы убитых. Весь день 17 октября Наполеон провел в раздумьях, а союзники не торопились. Они ожидали полного сосредоточения своих сил. Обе стороны собирали раненых и хоронили убитых. Вечером Наполеон вызвал к себе пленного генерала Мерфельда и отпустил его с просьбой передать союзникам предложение о мирных переговорах. Ответа от монархов не последовало. Наполеон решил остаться и продолжить битву.
В ночь на 18 октября началась перегруппировка французской армии. Император стянул войска ближе к Лейпцигу и занял позиции в четырех верстах от города. Против Богемской армии он оставил пять пехотных и четыре кавалерийских корпуса и направил против Силезской армии три пехотных и один кавалерийский корпус. Он усилил охрану переправы у Линденау и дороги к Эльбе, направив сюда два корпуса и Молодую гвардию. Император надеялся под прикрытием сражения вывести из окружения на запад все свои корпуса.
К утру французские войска имели почти кольцевое расположение по линии Конневиц—Хольцхаузен—Цвейнаундорф—Шенефельд—Пфаффендорф—Линденау. Развернув на фронте протяженностью в 16 километров около 150 000 солдат и 630 орудий, Наполеон достиг большой плотности боевых порядков — свыше 9000 человек и 39 орудий на один километр.
Союзники тоже перегруппировали свои силы. Богемская армия по-прежнему вела атаки Лейпцига с юга, Силезская — с севера, Северная и Резервная — с востока.
В 8 часов утра 18 октября поддерживаемые огнем более чем 1000 орудий союзники начали наступление. Французы дрались отчаянно, деревни переходили из рук в руки по несколько раз, приходилось штурмовать или защищать каждый дом, каждую улицу, каждую пядь земли. На левом фланге французов русские солдаты графа Ланжерона неоднократно штурмовали деревню Шельфельд, дома и кладбище которой, обнесенные каменной стеной, были прекрасно подготовлены к обороне. Дважды отброшенный Ланжерон в третий раз повел своих солдат в штыки и после страшной рукопашной схватки овладел селением. Однако посланные против него Мармоном резервы снова выбили русских с занятой позиции.
Особенно жестокая схватка кипела у деревни Пробстейд в центре французской позиции. Корпуса генералов Клейста и Горчакова к 15 часам ворвались в деревню и начали штурмовать укрепленные дома. Тогда в дело была брошена Старая гвардия. Ее повел в бой сам Наполеон. Французы выбили союзников из Пробстейда и двинулись в атаку на главные силы австрийцев. Под ударами гвардии неприятельские линии затрещали и были готовы рассыпаться. Как вдруг, в самый разгар битвы, вся саксонская армия, сражавшаяся в рядах наполеоновских войск, перешла на сторону союзников. Это был страшный удар. «Страшная пустота зияла в центре французской армии, — писал Мережковский, — точно вырвали из нее сердце». Наполеон ценой огромных усилий восстановил положение, но победа вторично была вырвана у него из рук. Бой продолжался до вечера. К концу дня французам удалось удержать все ключевые позиции обороны.
Таким образом, положение сторон мало изменилось к вечеру, но союзники в этот день ввели в действие всего 200 000 человек, не трогая совершенно свежий 100-тысячный резерв. Наполеон понял, что еще один день он не выстоит, и поэтому в ночь с 18 на 19 октября отдал приказ к отступлению.
Измученная армия французов стала отходить через Лейпциг за реку Эльстер. В первую очередь из города выходили артиллерийские парки и обозы, за ними — кавалерия и пехота. Для прикрытия оставлялись корпуса Ренье, Мармона, Макдональда, Лористона и Понятовского. Единственный Линденауский мост был заминирован. Хотя отход был нелегким делом для 170-тысячной армии, Наполеон постепенно отвел все корпуса к предместьям города.
От неожиданности союзники даже растерялись и не сразу атаковали отходивших французов. Они перегруппировались и образовали три колонны: русскую Витгенштейна, прусскую Клейста и австрийскую Коллореда.
При вступлении войск коалиции в предместья к командованию обратилась депутация города с просьбой не начинать уличных боев, дать возможность французам очистить Лейпциг. Однако, когда совет монархов потребовал капитуляции, Наполеон отказался. Союзники открыли огонь и в середине дня начали штурм крепостной стены и ворот. Северная армия овладела Гримауским предместьем еще в 11 часов. Польская армия утвердилась к часу дня в Южном предместье, Силезская армия захватила Галлеское предместье. Только после этого в бой вступила Богемская армия.
Город защищали солдаты Понятовского и Макдональда. В стенах домов и каменных оград были проделаны бойницы, на улицах, в садах и кустарниках были рассыпаны стрелки и расставлены орудия. Каждый шаг стоил союзникам крови. Приступ был жесток и страшен.
В разгар сражения за город по недоразумению был взорван единственный мост через Ольстер. Охранявшие его солдаты, увидев прорвавшийся к месту переправы небольшой отряд русских, в панике подожгли запальные фитили. Французские саперы начали сооружать второй мост. Наспех сделанный, он не выдержал нагрузки и обвалился. К этому времени Наполеону удалось вывести из Лейпцига основную часть своей армии, но около 28 000 человек еще не успели переправиться. И тогда среди оставшихся на восточном берегу началась паника.