在土伦的指挥官是阿布基尔湾战役的幸存者维伦纽夫，他首先带领舰队开始航行。他有11艘军舰和6艘护卫舰。两艘英国护卫舰注意到了这一举动，并向等待在撒丁岛海的纳尔逊勋爵报告（他在尼罗河海战后被擢升为贵族）。维伦纽夫在卡塔赫纳停留了12个小时，这段时间长得足以被敌人发现，也足够他发布命令。然后他起航出发，越过直布罗陀海峡，在加的斯抛锚。他再次发布命令奋力前进。指定的集结地点是加勒比海上的马提尼克岛。维伦纽夫和来自加的斯的7艘战舰编队会合在一起。后来，另外两艘从罗谢堡开来的法国军舰给他带来了命令，要求他返回欧洲，和位于西班牙西北费罗尔的舰队（12艘军舰）联合在一起，然后向北航行到布列塔尼半岛上的布雷斯特（21艘军舰）。
在他执行这些命令时，纳尔逊正在追击。但是由于维伦纽夫处在视线以外，纳尔逊推测直布罗陀就是他的目的地，但遗憾的是，维伦纽夫船队即将到达的是他标示目标的南面——西班牙西北的费罗尔。维伦纽夫与费罗尔以西的海军中将罗伯特·考尔德（1745～1818年）展开了一场小规模遭遇战，然后维伦纽夫设法抵达航行目的地费罗尔，在那里与西班牙的12艘军舰会合。如果将损失的军舰考虑在内，现在他能够指挥的军舰有28艘，然而英国海军中将考尔德仅用15艘军舰就给他造成了威胁。考尔德认为判断力是英勇表现的更为重要的一部分，他决定撤退，与阿申特岛的英国舰队汇合。
逃跑和追击
从下面的时间表可以看出，1805年春夏，在维伦纽夫与纳尔逊之间发生了一系列的猫捉老鼠的行动。
3月30日，维伦纽夫从土伦出发。
4月7日，维伦纽夫抵达卡塔赫纳。
4月9日，维伦纽夫穿过直布罗陀，维伦纽夫在加的斯抛锚。
4月18日，纳尔逊抵达撒丁岛，得知法军穿越直布罗陀海峡。
5月11日，纳尔逊抵达葡萄牙的拉古什，追击维伦纽夫。
5月16日，维伦纽夫到达马提尼克岛的集结地点。
5月30日，维伦纽夫得到从罗谢堡派来的增援，并给他带来命令。
6月5日，纳尔逊于5月11日发出的消息传到伦敦。维伦纽夫从马提尼克岛出发。纳尔逊从巴巴多斯岛出发。
6月6日，维伦纽夫抵达多米尼加。
6月8日，维伦纽夫俘获英国护航舰，随后向费罗尔进发。
6月9日，纳尔逊得知6月6日维伦纽夫在多米尼加。
6月12日，纳尔逊抵达安提瓜岛，向直布罗陀进发。
7月6日，英吉利海峡舰队得知维伦纽夫在马提尼克岛。
7月17日，海军准将阿利曼德率领5艘军舰编队冲出罗谢堡。
7月18日，纳尔逊抵达加的斯，回家休假。他已经在海上的皇家海军“胜利”号军舰上呆了两年多。
7月22日，维伦纽夫带领20艘战舰编队抵达费罗尔以东，与英国海军中将考尔德的15艘战舰中队交战。两艘西班牙军舰被俘获，另外两艘严重毁坏。恶劣的天气阻止了海战的继续。
7月25日，维伦纽夫将两艘被毁军舰留在维哥海湾，向费罗尔进发。
7月31日，维伦纽夫抵达费罗尔，战舰总量达到28艘。到目前为止一切顺利。
8月9日，维伦纽夫带领整支舰队寻找阿利曼德，他在海上还有5艘军舰。
转折点
维伦纽夫没有找到海军准将阿利曼德。如果能找到的话，他就可能转向北方，朝着布雷斯特航行了，营救被封锁在那里的21艘法国战舰。本来这可以让他的军舰总数达到55艘，减少可能会出现的任何损失。很难想象，当时正在加的斯的英国舰队如何追赶上了维伦纽夫的舰队。它可能促使“英格兰军团”起锚出航，向着英格兰南部进发。然而，情况并非如此。维伦纽夫转向南方，朝着加的斯开进。在那里还有6艘有用的西班牙军舰遭到英国海军中将卡思伯特·科林伍德（1748～1810年）的规模较小的海军中队的封锁。8月20日，维伦纽夫带领他的34艘军舰的舰队抵达加的斯。
对拿破仑来说，这样的结果引起了皇家海军的恰如其分的反应。考尔德率领20艘军舰从费罗尔前往加的斯增援科林伍德。纳尔逊率领援军也离开英国加入营救科林伍德的这一行动中。9月28日纳尔逊抵达加的斯，给那里的英国舰队又增加了29艘军舰。其中，有6艘军舰急需补充食品和饮用水。纳尔逊的封锁概念不同于“靠近敌人并封锁敌人”的传统思想。他更喜欢护卫舰在远处观察，让敌方舰队处于视线以内，这样就可以突袭任何敢于冒险前进的敌人。但是这样的封锁并不严密，导致维伦纽夫从土伦逃走，航行在辽阔的大西洋上。按照拿破仑的计划，此时他在加的斯的舰队已经由11艘军舰增加到了34艘。
9月17日，维伦纽夫得到了拿破仑的指令，命令他把从西印度群岛带回的部队转航到那不勒斯，并集结更多来自土伦和热那亚的军舰。这样做是为了将不断壮大的第三次反法同盟消灭在萌芽状态，尤其是要防止俄英两国在意大利的合作。
这样，集结在一起的舰队准备于10月10日起航。维伦纽夫听到风声说拿破仑决定找人替换他，新人正在路上。但是战胜英国所取得的胜利肯定会让他保留住工作。
尽管纳尔逊又得到了两艘军舰，但他还是不得不派5艘军舰前往直布罗陀进行补给，只留下26艘。他保留了战役前的阵形，派出的舰队分成3支纵队。一支纵队突破敌军舰队的倒数第12艘军舰，同时他自己所在的纵队突破敌军舰队的中部，他预计会在那里发现法国总司令。第3支纵队或先遣中队，实际上是后备队，随时听令发动进攻。纳尔逊认为敌军的先头军舰不可能及时调转方向影响结果。这也正是维伦纽夫所预计的。他还计划保留大约三分之一的力量组成一个中队，用22艘战舰组成主要作战编队。
10月19日，法国和西班牙舰队开始航行。上午9点30分左右，一直进行观察的英国军舰将这个消息报告给了纳尔逊，此时他已向西航行了80公里。他先下令“全面追击”，然后下令“准备战斗”。但是局势发展得很缓慢。此时风力不大，正是下午3点，就在12艘法西联合舰队的军舰离开港口之前，其他军舰也在几小时之内跟着出发。从南方和东南方吹来的风逐渐增强，迫使维伦纽夫的舰队向着西北方向顺风而行。在纳尔逊的侦察护卫舰告知这个情况之前，他对此还一无所知，当时他正向东朝着直布罗陀海峡前进。
10月20日发生了多次机动。那天晚上，法军预备队在看到部分英国战舰编队后，前去追赶跟在舰队后面的英国护卫舰。第二天黎明时，两支舰队相距仅18公里（11英里）。它们大概位于特拉法加角以西，稍偏北方向32公里处。英国舰队位于维伦纽夫舰队的上风向。双方的舰队司令似乎都放弃了保留预备队的想法：法国军舰排成一列，英国战舰排成两个纵队。纳尔逊已经打算扬起满帆，而不是像通常情况下作战时采取的低速航行，这样做为的是在他们靠近敌军舰队之前，将可能击中他们的舷炮的数量降到最低。维伦纽夫在与英国的几次交战中积累了经验，他已经对影响战役结果不抱任何希望了。他不得不依靠他的舰长的“勇气和对荣誉的渴望”，而不是依靠总司令的命令。
下面给出的是特拉法加的战斗编队。军舰是按照战役当天出航的次序排列的。
纳尔逊的上风侧（左手）纵队：
“胜利”号（100门火炮）“海王星”号（98门火炮）
“不列颠”号（100门火炮）“阿非利加”号（64门火炮）
“埃贾克斯”号（74门火炮）“鲁莽”号（98门火炮）
“巨人”号（74门火炮）“征服者”号（74门火炮）
“阿伽门农”号（64门火炮）“奥利安”号（74门火炮）
“弥诺陶尔”号（74门火炮）“斯巴达”号（74门火炮）
海军中将科林伍德的下风侧纵队：
“皇家主权”号（100门火炮）“火星”号（74门火炮）
“贝拉罗丰”号（74门火炮）“阿基利”号（74门火炮）
“波吕斐摩斯”号（64）门火炮
“斯威夫特休尔”号（74门火炮）
“雷霆”号（74门火炮）“亲王”号（98门火炮）
“美丽岛”号（74门火炮）“雷鸣”号（80门火炮）
“巨像”号（74门火炮）“无畏”号（98门火炮）
“复仇”号（74门火炮）“挑战”号（74门火炮）
“防卫”号（74门火炮）
此外，还有4艘护卫舰和两艘小艇。
维伦纽夫的舰队：
“海神”号（80门火炮）“雷奥”号（100门火炮）
“迪盖特鲁安”号（74门火炮）
“蒙特布朗”号（74门火炮）“英雄”号（74门火炮）“布森陶尔”号（80门火炮）
“圣莱昂德罗”号（64门火炮）
“无畏”号（74门火炮）“不屈”号（80门火炮）“烈火”号（74门火炮）“浦鲁东”号（74门火炮）
“巴哈马”号（74门火炮）
“斯威夫特休尔”号（74门火炮）
“蒙塔涅兹”号（74门火炮）“西皮恩”号（74门火炮）“非凡”号（80门火炮）
“阿齐兹的圣弗朗西斯科”号（74门火炮）
“圣奥古斯汀”号（74门火炮）
“圣提希玛·特立尼达”号（136门火炮）
“海王星”号（84门火炮）“敬畏”号（74门火炮）
“圣胡斯特”号（74门火炮）“圣安娜”号（112门火炮）
“君王”号（74门火炮）
“阿尔吉西拉斯”号（74门火炮）
“艾格勒”号（74门火炮）
“阿尔戈诺特”号（74门火炮）
“阿尔戈诺塔”号（80门火炮）
“比威克”号（74门火炮）“阿基利”号（74门火炮）
“圣伊尔德方丰索”号（74门火炮）
“阿斯图里亚斯亲王”号（112门火炮）
“圣胡安·内波穆塞诺”号（74门火炮）
此外，还有5艘护卫舰和两艘小艇。
两支舰队交火
英国人发现维伦纽夫的舰队排成了弧线形，于是将他们围在中间。也许这不过是一支长约3公里的编队，这是在地球表面的弧度上航行时所产生的一种视觉效果。舰队看上去很不整齐，有的地方留有空缺，有的又挤在一起。这很像是一条高速公路，上面行驶着很多车，有人先是慢慢停下来，然后不知什么原因又突然加速。编队里的船只越多，这类小事故就越难消除。其他一些资料来源把这个现象归因于维伦纽夫制定的将4艘法国军舰和3艘西班牙军舰编成5个中队的计划。同时，纳尔逊的纵队在法西联合战舰编队的前方某处顺风而下。维伦纽夫的舰队正向北行进，所以如果英国人直接朝着他们想要去的法舰空缺开过去的话，他们就不再追逐敌军舰队，而只能在合适的角度接近敌军。这场战役中未被赞扬的英雄是一位领航员，他对速度、方向以及法西联合舰队的距离作出准确判断，确定了能够确保纳尔逊的计划得以实施的路线。上午11时，双方舰队仅相距4．8公里，速度仅为3节，大概是4．8公里/小时。英国人扬起所有风帆加速前进，法国军舰则低速航行。
第一发舷炮是从法国的“烈火”号射出来的，瞄准的是英国海军中将科林伍德的“皇家主权”号，这艘军舰带领的是下风中队，位于纳尔逊的前面。两个英国纵队此刻正在渐渐会合。纳尔逊的分队瞄准并打击法舰“布森陶尔”号，而法国海军中将维伦纽夫就在这艘舰艇上。然而科林伍德和“皇家主权”号向北方行驶得更远了。纳尔逊没有在第12艘军舰那里强行穿过，而是从法舰“圣安娜”号和“烈火”号之间突破，“烈火”号是法西舰队中的第17艘战舰。
英军纵队插入法国的战舰编队。顺风航行的法国战舰想要向右舷侧改变航道顺风行驶，以便把舷炮架起来，甚至可以在英国战舰冲破他们的编队时向其进行扫射。交战双方的阵形都乱了，战役变成了一场无法控制的混战，正像双方的舰队司令所预言的那样。在这种情况下，每一艘战舰都在攻击离它最近的那一艘，每个人都不得不依靠他身后的船员。不幸的是，对法国人来说，英国的水手受到了他们舰长更好的训练，而舰长又受到了舰队司令更好的训练。此外，英国战舰或多或少地陆续到达同一个地点，这就意味着在那个地方的法军舰艇处于弱势，就像尼罗河海战的情形一样。
中午12时10分，科林伍德的“皇家主权”号大胆地经过法舰“圣安娜”号的尾部，用双弹舷炮（每门火炮中有两个炮弹）向其猛烈轰炸，同时向法舰“烈火”号发射右舷炮。然后，“皇家主权”号行驶到“圣安娜”号的右舷侧。在面对面交火时，英国“皇家主权”号的舰尾也遭到“烈火”号的扫射，舰首遭到法舰“圣莱昂德罗”号的扫射。然而，这两艘法国军舰也击中了自己的“圣安娜”号。随后，攻击“皇家主权”号的法国军舰也互相击中了对方，所以它们转向攻击其他陆续到达的英国军舰。
随着更多的英国军舰卷入战斗，从法西联合舰队的尾部开过来的军舰也开始抵达混乱的战场中心。“皇家主权”号加速行驶到其纵队的最前面，在英国编队中的军舰“美丽岛”号减轻其压力之前，“皇家主权”号已经独自作战大约15分钟。英舰“美丽岛”号向法舰“圣安娜”号的左舷舰尾发射了一发舷炮，然后迅速行驶到法舰“不屈”号的舰尾处，与“烈火”号展开殊死决斗。事实上，随着很多法西联合舰队的战舰从后面赶上来，英舰“美丽岛”号成了它们的攻击目标，成为纳尔逊的舰队中毁坏最严重的军舰，它获得了结束战役的荣誉，不过这值得怀疑。
英舰“火星”号在“美丽岛”号的后面，为了避免和法舰“圣安娜”号相撞，它的舰尾遭到了法舰扫射。跟在后面的英舰“雷鸣”号赶来增援，继续和法舰“阿尔吉西拉斯”号和“圣胡安·内波穆塞诺”号交战。英舰几次企图靠近法船，但是都被击退。后来这两艘军舰都投降了。英舰“贝拉罗丰”号在“皇家主权”号之后的30分钟抵达，向法舰“君王”号发动攻击。在此之前，“君王”号已经向英舰“火星”号投降。由于英军无法派出部队接手法舰“君王”号，所以“君王”号又很快投入战斗。在越来越混乱的交战中，“贝拉罗丰”号和法舰“艾格勒”号的索具缠绕在了一起。因此，英舰“贝拉罗丰”号的两面都受到法舰攻击，其主要的后桅和中桅被打落，舰长也被打死。法舰“艾格勒”号向后偏移，并向“贝拉罗丰”号扫射，直到英舰“复仇”号从烟雾中出现，反过来向“艾格勒”号扫射。法舰“君王”号很快又向“贝拉罗丰”号投降。
下午1点左右，在英国纵队中一直跟在其他军舰后面的“巨像”号加入了战斗。它面对法西联合舰队尾部的两艘军舰“巴哈马”号和“斯威夫特休尔”号。这时，被摧毁的军舰把舰队分成三列。尽管大部分索具已被毁，英舰“巨像”号仍然向着这两艘军舰开火。其中，西班牙的“巴哈马”号投降。英国的“奥利安”号加入进来攻击“斯威夫特休尔”号，随后“斯威夫特休尔”号也投降了。如果说英舰“美丽岛”号遭受的毁坏最严重，那么“巨像”号上伤亡的英军人数则是最多的，大概有200人，这艘舰艇后来不得不由“阿伽门农”号拖走。在科林伍德的纵队中，有几艘军舰没有跟随他前往相同地点，而是直接去攻打法西联合舰队的尾部军舰，为的是能够同时击溃几艘敌舰。大约不到两小时，法西联合舰队的尾部舰艇几乎全部被击溃。
纳尔逊阵亡