Все равно французская армия была обречена на погибель: теперь все усилия немцев были направлены на то, чтобы отрезать ей путь отступления на север и оттеснить ее опять обратно к Мецу. Такова была цель третьего сражения, при Гравелотте, 18 августа 1870 года. Действительно, Базен придвинул свои войска ближе к Мецу и расположил свои 140 000 человек на плоскости к западу от этой старинной крепости, на пространстве между Гравелоттой и Сен-Прива, по северной дороге, и выстроил их в линию длиною в 1,75 мили. Боевые условия для обеих армий уже настолько изменились, что французская стояла теперь фронтом к Франции, а немецкая — к Германии. Король Вильгельм, прибывший на поле сражения 17 числа, сам стал во главе своих войск. Согласно плану Мольтке, который советовал отыскивать главные силы врага и на них напирать, германская 200-тысячная армия двинулась вперед с самого утра 18 августа.

В полдень начался бой в центре при Верневилле и закипел по всей линии, причем особенно отличилась немецкая артиллерия. Французам же ни с какой стороны не было удачи, потому что Базен ни за что не хотел отходить от Меца; но все-таки ему удалось сохранить за собой укрепления. Немцы же, со своей стороны, ожидали успеха, если им удастся обойти правое крыло французской армии у Сен-Мари-о-Шэне и Сен-Прива, куда уже направились саксонцы. Около пяти часов пополудни была сделана попытка взять штурмом последнюю деревню, превращенную трудами французов в настоящую крепость; но эта попытка закончилась неудачей и большими потерями для немцев. Только к семи часам удалось саксонцам взять эту деревушку, а французы решили переправиться на другой берег. Незадолго до этого французы на противоположном конце своих позиций, у Гравелотта, попробовали энергичным нападением овладеть южной дорогой. Но до самой деревни это нападение не дошло: полчаса спустя подоспел померанский корпус, с генералом Франсеки во главе, на то же место, где на следующее утро состоялось отступление французов.

Сам прусский король так сообщает об этих событиях телеграммой: «На французскую армию, занявшую очень сильные позиции к западу от Меца, произведено сегодня нападение под моей командой. Французы разбиты наголову, после девятичасового боя; отрезаны от сообщения с Парижем и оттеснены назад к Мецу». Однако этот крупный успех был куплен немцами ценой 20 000 человек убитых, против 12 000 человек французов. Ночь король провел в Резонвиле, где ему была приготовлена весьма бедно обставленная комната.