1805年10月15日，维尔纳夫得知罗西里已经启程来接替他。他觉得这是个奇耻大辱，于是决定在罗西里到达之前，即先行冲出加的斯港，通过直布罗陀海峡前往地中海，配合拿破仑在意大利的军事行动。10月17日，维尔纳夫发出准备启航的信号，由于有风，一直等到19日上午6时舰队才出发。两个半小时后，纳尔逊从其在岸边监视的巡洋舰上，获得敌军已出港的信号。他立即发出了“全面追逐”、“敌舰已在海上”等信号。
1805年10月20日天明时，纳尔逊正在直布罗陀附近。上午7时，发现了维尔纳夫的舰队正向直布罗陀海峡前进。在日落之前，纳尔逊命令他的巡洋舰在夜间应与敌人始终保持着视力上的接触。1805年10月21日拂晓，当法西联合舰队驶抵特拉法尔加海域距英舰队只有12哩时，纳尔逊发出“成两个纵队前进”、“备战”的信号。19世纪规模最大的一场海战——特拉法尔加海战开始了。
此时，法西联合舰队有战列舰33艘，其中1艘为当时最大的四层甲板战列舰“三叉戟”号;3艘为三层甲板战列舰;其余29艘为两层甲板战列舰。此外，还有7艘巡洋舰。战列舰中有18艘为法国的，15艘为西班牙的。所装有“侧舷”火炮2626门，共载官兵21580人。
英国舰队原来共有战列舰33艘，其中的6艘在战前奉命去护卫一支驶向马耳他的运输船队。余下的27艘战列舰中，7艘是三层甲板战列舰，其余20艘为两层甲板战列舰。此外还有4艘巡洋舰和2艘辅助船。合计“侧舷”火炮2148门，官兵16820人。
维尔纳夫认清了因为风力的轻微，使他不可能避免会战时，于是在上午8时发出信号，命令全部舰队转向，这样好使加的斯港可以处于下风位置，以便被击毁的船只有一个避难之地。这个在最后一分钟又改变计划的行动，实在是十分的不幸，因为这不仅好像退却一样，足以影响到部队的士气，而且这样调一个头，需要两个多钟点的时间，结果所组成的战线凌乱不堪。
当联合舰队正在调换方向之际，英国舰队分为两个纵队，在满帆之下赶了过来。上风的纵队由纳尔逊指挥，下风的则由柯林伍德指挥。由于担心维尔纳夫逃回加的斯港，纳尔逊不照原计划，不以敌方中央前段为目标，而改向其前卫的中央冲去。柯林伍德则向敌人后卫部分前段进攻。纳尔逊又发出了其著名的通令：“英格兰要求每人恪守职守!”
上午11点30分，柯林伍德已经接近法西联合舰队的后段，维尔纳夫发出了“开火!”的命令。11时45分，法舰“弗高克斯”号射出了第一炮，这是以柯林伍德的旗舰“王权”号为目标的，这时双方相隔尚在四分之一哩以外。此时，双方好像是一致行动一样，都升起他们的国旗。在英、法、西三国的船上，鼓乐齐鸣，士兵举枪敬礼。
于是会战展开。特拉法尔加大海战分为三个阶段：柯林伍德的攻击，纳尔逊的攻击和法将杜马罗尔反攻失败。
当“弗高克斯”号向“王权”号开炮时，“王权”号仍继续保持航向不变，切进了法舰“弗高克斯”号和西班牙舰“圣安拉”号之间。“王权”号用左舷炮轰击“圣安拉”号的船尾，使之遭受重创。接着又对着“弗高克斯”号发射右舷的火炮，此后又驶近“圣安拉”号的右后段，再向它射击。柯林伍德不久发现他周围都是敌船，经过40分钟的猛烈轰击之后，“王权”号已变成了一个无法控制的空船壳，不久就由英巡洋舰“欧亚拉斯”号拖曳着行驶了。下午2时20分，西班牙舰“圣安拉”号已经完全丧失了战斗力，乘员死者104人，伤236人，开始下旗投降。于是，布莱克伍德上校跃过船去，把重伤垂危的阿尔发海军少校运过“欧亚拉斯”号上面来。
在“王权”号出战8分钟后，英舰“贝里岛”号也从“弗高克斯”号的后面切入敌线。也和“王权”号一样，它立即为几艘敌舰所包围。“贝里岛”号主桅被炸断，有段时间连一炮都发射不出来。虽然如此，它却把军旗钉到后桅杆上，继续不屈地奋战。以后才被3艘英舰救出。
在“贝里岛”号攻击之后一刻钟，“火星”号也投入了战斗。以后其它每一艘英国军都是以这种方式分别地切入敌线，向首尾两端的敌舰用两侧的舷炮猛击，使每艘敌舰都受到了连续的集中火力。等到柯林伍德的最后一艘战列舰“亲王”号投入攻击时，已经是下午3时。到战斗结束时，与柯林伍德交战的共有15艘法西两国军舰，其中10艘被俘，1艘被击沉。逃走的只有4艘，其中有1艘为西班牙旗舰“奥国王子”号，上面载着垂死的西班牙海军将领格拉维拉。
在柯林伍德纵队开始作战25分钟后，纳尔逊纵队也投入战斗。与前者不同，它始终保持着不规则的鱼贯形队形。纳尔逊亲乘旗舰“胜利”号，率“提米莱尔”号、“海王星”号3艘三层甲板战列舰向联合舰队的前卫中央挺进。下午12点24分，“胜利”号的左舷炮开始射击。交火不久，“胜利”号和“提米莱尔”号即开始向右旋转，纳尔逊是在寻维尔纳夫的旗舰。虽然“胜利”号上的一切望远镜都在搜寻之中，想发现维尔纳夫的司令旗，但结果还是一无所获。于是，“胜利”号遂趋前攻击“三叉戟”号，假定维尔纳夫可能是在这艘最大的四层甲板军舰上。当“胜利”号向“三叉戟”号前进时，即发现在该舰后方有一艘法国两层甲板战舰的前桅上，挂着总司令的将旗，它就是“布森陶尔”号。“胜利”号冒着敌火，不久即钻到了“布森陶尔”号的后方，用其船头上的短炮(68磅)和侧舷的火炮，向“布森陶尔”号的舷窗中猛射，使它受到了极大的损毁。当英舰“海王星”号和“征服者”号接近了“布森陶尔”号之后，“胜利”号遂向右一转，与法舰“敬畏”号平靠着。
“胜利”号和“敬畏”号立即纠缠在一起，双方乘员都准备跃上对方甲板，但是法国人的企图为英方的火力所制止，伤亡颇多。差不多又过了一个小时，两舰还是绞在一起，当纳尔逊正在后甲板上与舰长哈迪一同行走时，从“敬畏”号船桅上射来一颗枪弹，子弹打在他左肩的肩章上，透入了其胸部，落在他的脊椎骨上。他扑倒在甲板上，但他爬起来之后就说：“他们终于把我解决了。哈迪……我的背脊骨已经被射穿了。”他被抬入了船舱，到了下午4时30分，纳尔逊得知会战已胜利的消息后说：“我感到满意。”他亲吻了哈迪舰长：“感谢上帝，我总算尽了我的职责。”然后心脏停止了跳动。
当“胜利”号正在与“敬畏”号交战时，英舰“提米莱尔”号驶向前去，向“三叉戟”号开炮，接着又向“敬畏”号射击。不久以后，法舰“弗高克斯”号在同英舰“贝里岛”号交战之后，又转过来协助“敬畏”号，却为英舰“提米莱尔”号所抓住厮杀。
英舰“海王星”号先开始向法舰“布森陶尔”号射击，然后再去进攻“三叉戟”号，一个半小时后，“三叉戟”号乘员战死245人，负伤173人，这艘巨型的四层甲板战舰遂开始下旗投降了。对于在这艘船上的景象，英舰“海王星”号上的船员巴德柯克说“我踏上这艘大船去收容俘虏，其死伤人数在三四百之间，到处都是血肉，后甲板上堆满伤兵，有的没有脚，有的没有手。”
英舰“不列颠”号接着也跟上来了，其后面是“巨人”号和“征服者”号。后述两舰夹击“布森陶尔”号，下午2时5分，维尔纳夫终于坚持不住，下令“布森陶尔”号降旗投降，维尔纳夫成了英国人的俘虏。在其舰上的惨状，“征服者”号上的英军上尉记载：“到处都是死尸，景象非常之凄惨。死伤总数在四百人以上，多数尸体没有脑袋。”
在“胜利”号开始作战40分钟后，英舰“阿贾克斯”号才开始作战，而“阿加门农”号还要更迟。“非洲”号、“奥利安”号在与舰队失去联络后，也都相继赶到参战。当维尔纳夫降旗投降时，纳尔逊纵队中的最后两艘船，“米罗陶尔”号和“斯巴尔特”都还不曾参加战斗。
特拉法尔加海战的最后阶段是联军将领杜马罗尔的反攻，这不过是勉强的如此定名而已。
杜马罗尔的支队处于联军舰队的前卫。当下午12时30分，纳尔逊钻入了联军的中心之后，维尔纳夫即发出了一个通令，要所有尚未参加作战的船只，都一律自动地投入战斗。杜马罗尔对维尔纳夫的通令并无反应，此后维尔纳夫即再没有注意他。半点钟之后，杜马罗尔仍向北航行，结果遂使前卫与中央之间产生了一个空隙。此时他仍不知发挥其主动精神，反而要求命令。维尔纳夫直到下午1时50分才命令杜马罗尔赶来支援其正受着强烈压迫的中央部分。但是，风力非常微弱，转变航向十分困难。等杜马罗尔好不容易调过头来南下时，维尔纳夫已降。但杜马罗尔还是作了最后的反击，他把10艘军舰分为两部分先后投入战斗。结果，第一批5艘军舰中有4艘被迫向英舰投降，另1艘逃往加的斯。第二批5艘军舰有1艘被迫投降，其余4艘向南逃逸，其中包括杜马罗尔的旗舰“恐怖”号。
作为海战的尾声，下午3时30分，在海战已经进行了2个多小时后，由迪马努瓦海军少将率领的联合舰队前卫返回了战场，但在返回途中有两艘自己的战舰竟然发生相撞而退出战斗，面对严阵以待的英国舰队，仅仅20分钟这次反攻就告失败。“胜利”号对掉头逃跑的联合舰队进行了一次齐射，以示送行，纳尔逊就在这炮声中与世长辞。
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