Przegrana Napoleona pod Aspern-Essling dała Austriakom zwycięstwo, choć okupione ciężkimi stratami zdołali utrzymać północny brzeg Dunaju. Dla Napoleona oznaczało to opóźnienie w czasie działań wojennych, a także zachwianie moraliami Grande Armée. Dla dowodzącego wojskami cesarskimi Arcyksięcia Karola zwycięstwo pod Aspern i Essling mogło dać dobrą pozycję do negocjacji i zawarcia pokoju i z Napoleonem, wiedząc, że armia Austriacka i tak nie była w stanie przeprowadzić działań ofensywnych. Niepowodzenia Austrii w trakcie działań wojennych w Bawarii spowodowały utrzymanie neutralności Prus. Nie wybuchły także powstania w pastwach Niemieckich przeciw Napoleonowi a Rosja będąca oficjalnie sojusznikiem Francji nie podjęła działań przeciw Austrii ani nie wystąpiła w jej obronie. Również Wielka Brytania nie była w stanie podjąć ekspedycji lądowej w północnej Europie, a działania w samej Hiszpanii były niewystarczające, aby osłabić w sposób dotkliwy Napoleona w 1809 roku.
Głównodowodzący Arcyksiążę Karol wobec złej sytuacji swoich wojsk, niespełnieniu żadnych ze strategicznych warunków do zwycięstwa w wojnie był zwolennikiem podjęcia negocjacji z Napoleonem. Pozycja głównego generalissimusa była ciągle podważana przez brata arcyksięcia, jak i Radę Dworu optującą za dalszymi działaniami wojennymi. W rzeczywistości zwycięstwo pod Aspern-Essling było tymczasowym zwycięstwem, odrzuceniem na pewien czas Wielkiej Armii.
Arcyksiążę Karol liczył na ponowny atak Wielkiej Armii przez północne przeprawy od Lobau. Rozkazał wybudowanie 16 redut obronnych wzdłuż linii rzeki. 2 lipca otrzymał informacje o przeprawianiu sił francuskich. Wkrótce się okazało, że to jedynie niewielki oddział wysłany w celu umocnienia przyczółka. Głównodowodzący armii austriackiej liczył na powtórny scenariusz jak w bitwie stoczonej 2 miesiące temu.
Napoleon, wykorzystując pogodę, która utrudniała, obserwacje wrogiej armii ,rozkazał 4 lipca o zmroku przeprawę na przeciwny brzeg rzeki pod osłoną gwałtownej burzy. Francuzi wybudowali 3 mosty pozwalające do rana 5 lipca przeprawić się całej operującej Wielkiej Armii. Jednostki wysłane 2 lipca skutecznie odwróciły uwagę sztabu austriackiego zakładający przeprawy na północ od Lobau.
Siły austriackie liczyły około 140000 żołnierzy wraz z 400 działami. Arcyksiążę Karol liczył na wsparcie przez oddziały wracające z Włoch swojego brata — arcyksięcia Jana.
Francuzi liczyli około 190000 żołnierzy (w tym 30000 kawalerii) oraz 500 dział.
Do południa 5 lipca siły francuskie na drugim brzegu były niemal w całości przeprawione. Prawym skrzydłem dowodził marsz. Davout a marsz. Massena lewym. Dzięki silnemu wsparciu artylerii Wielka Armia zdołała oczyścić przedpola, dzięki czemu korpusy francuskie i sojusznicze mogły posuwać się bez wiekszęgo oporu i rozwinąć pierwsze natarcia na pozycje nieprzyjaciela. Plan austriacki zakładał rozbicie Wielkiej Armii, gdy tylko przekroczy Dunaj i wyląduje na przeciwnym brzegu rzeki. Zmasowany atak miał zepchnąć i rozbić wrogą armię Francuzów i sojuszników. Złe rozlokowanie wojsk uniemożliwiło Karolowi wykonanie tego planu.
Już tego samego dnia skrzydło Masseny odzyskało Aspern a później Essling. Prawdopodobnie rozstrzygnięcie bitwy tego samego dnia zostało spowodowane fatalną pomyłkę i oddanie salwy w kierunku Sasów. Oddziały saskie miały podobne mundury co austriackie. Chaos i odwrót części oddziałów w ferworze walki spowodowało odwrót część wojsk w trakcie walk z Austriakami.
Nazajutrz na drugi dzień Napoleon powziął plany natarcia dużymi siłami w centrum i wyprowadzenia silnego natarcia na prawym skrzydle marsz. Masseny. W obwodzie na lewym skrzydle pozostali Sasi oraz dywizja gen. Boudeta. Na prawym skrzydle gen. Marmont, kirasjerzy, gwardia i Bawarczycy.
Mniej liczni Austriacy arcyksięcia Karola mieli przyjąć uderzenie Grande Armée i oczekiwać na powracającą z Włoch armię arcyksięcia Jana - brata Karola. Tylko przy takim działaniu, utrzymaniu pozycji oraz uderzeniu nadchodzącej armii arc. Jana wygrać bitwę.
O świcie 6 lipca Austriacy Rosenberga rozpoczęli natarcie na prawe skrzydło marsz. Davouta. Jednak szybka koordynacja działań przez Napoleona doprowadziła do odwołania ataku i powrót na austriackie pozycje wyjściowe. Davout wyprowadził, natarcie na skrzydło Rosenberga zmuszając, jego oddziały do odwrotu. Potężne natarcie natrafiło na lewe skrzydło marszałka Masseny zmuszając z czasem do stopniowego ustępowanie pozycji. Marsz. Bernadotte oddał niemal bez walki miejscowość Aderklaa. Napoleon w szybkiej naradzie wojskowej stwierdził, że nie można poświęcić lewego skrzydła, przy czym należy wyprowadzić decydujące natarcie na austriackie centrum. W czasie starć na lewym skrzydle zginął gen. Lassale prowadząc szarżę osłaniającą jego skrzydło.
Wielka Armia przystąpiła do decydującego ataku. Sformowali potężny czworobok złożony z gwardii, żołnierzy włoskich wsparty przez kirasjerów i fizylierów oraz tyralierę. Czworobokiem dowodził gen. MacDonald. Wyprowadzony atak został poprzedzony potężną kanonadą złożoną z ponad setki dział. Natarcie przy ciężkich stratach przełamało, centrum austriackie dzieląc, ich pozycje na dwie części. Kontrataki ciężkiej kawalerii austriackiej spełzły na niczym. Tak silny cios dla armii nieprzyjaciela doprowadził do wycofywania się wrogich korpusów w kierunku Czech. Pościg wycofujących oddziałów trwał niemal przez cały następny tydzień.
Bitwa, choć okupiona ciężkimi stratami przypieczętowała los Austrii w tej wojnie. Na mocy pokoju w Schönbrunn Austria utraciła Tyrolu i Salzburga na rzecz Bawarii. Księstwo Warszawskie otrzymało tereny Galicji z III zaboru. Triest i Dalmacja została włączona do Francji. Okręg Tarnopolski został włączony do Rosji. Austria uznała także tytuł króla Hiszpanii Józefa Bonaparte. Wielka Brytania nadal pozostawała w stanie wojny z Francją.