Начальное расположение войск.
15 августа, Багратион получив послание от Неверовского о бое под Красным, развернул свои войска на Смоленск. 7-й корпус генерала Раевского из-за задержки дивизии принца К. Мекленбургского успел отойти от Смоленска только на 15 км., поэтому именно он был отправлен на помощь Неверовскому. Раевский прошел через город, присоединил отстатки дивизии Неверовского и занял позицию в 6 км. от Смоленска. Однако, оценив обстановку и количество войск противника, вынужден был отступить в город, который имел хоть какие-то укрепления.
Смоленск был обнесен стеной из красного кирпича высотой 13-19 м. и толщиной 5-6 м., а также остатками земляных укреплений бастионного типа. С юга город окружали деревянные предместья.
В ночь с 15 на 16 августа, Раевский с 15 тысячами занял предместья Смоленска. Багратион и Барклай находились в это время в 30-40 км. от города.
Ход сражения. 16 августа.
В 8 часов утра 16 августа, со стороны Красного, к Смоленску подошел корпус маршала Нея. Полагая, что в городе стоит только дивизия Неверовского, Ней попытался с ходу атаковать Смоленск, но был отбит с большими потерями. Основной удар пришелся на Красненское предместье и королевский бастион, которые защищала дивизия Паскевича. К полудню, к городу подошел Наполеон с войсками и начался обстрел города. В основном обстрелу подверглись старые стены крепости, поэтому русские войска, которые находились в предместьях, не понесли больших потерь. К 4 часам дня, к Смоленску подошел корпус маршала Даву. Наполеон начал подготовку к генеральному сражению в поле перед городом. В 5 часов дня, на правом берегу Днепра, показалась 2-я армия Багратиона, а Раевскому было отправлено подкрепление в виде кирасирской и гренадерской дивизий. Ближе к вечеру, к Смоленску подошел Барклай-Де-Толли с 1-й армией. Больше в этот день атак на город не происходило, войска противников ограничились ружейным и артиллерийским огнём.
Исходя из невыгодности позиции для русской армии, а также из-за численного превосходства французских войск, Барклай-Де-Толли отдал приказ Багратиону выдвинуть свои войска к Валутину для защиты путей отхода. Сам же Барклай-Де-Толли с 75 тысячами человек оставался на правом берегу Днепра, наблюдая сражение.
17 августа.
В ночь с 16 на 17 августа корпус Раевского был сменен 6-м корпусом генерала Дохтурова, которому также были приданы 27-я дивизия Неверовского, 3-я дивизия Коновницына и кавалерия генерала Уварова. Резервы были размещены под прикрытием каменных стен города, а артиллерия заняла земляные укрепления перед стенами. На правом берегу Днепра были развернуты артиллерийские батареи для поддержки обороняющихся войск.
Утром Наполеон ожидал выхода русской армии в поле для генерального сражения. Узнав об отходе армии Багратиона, он отправился в Шеин острог, чтобы лично наблюдать передвижение русских войск. Затем он отдал приказ найти броды через реку для атаки в стык русских армий. После того, как броды не были найдены, началась артиллерийская бомбардировка города и в 1 час дня французские войска атаковали Смоленск с разных сторон. Им удалось захватить предместья города, но дальше крепостной стены они продвинуться не смогли. Французская артиллерия попыталась пробить бреши в крепостных стенах, но эта попытка оказалась неудачной. Французы несли большие потери.
Из мемуаров бригадного генерала графа Сегюра:
"Развёртывая штурм, наши атакующие колонны оставляли длинный и широкий след из крови, раненых и мёртвых.
Говорили, что один из батальонов, повёрнутый флангом к русским батареям, потерял целый ряд в своём подразделении от единственного ядра. Двадцать два человека пали разом."
Около 2 часов дня польский корпус Понятовского атаковал Молоховские ворота и восточные предместья Смоленска. Захватив городские предместья, поляки были остановлены у крепостной стены. Понятовский приказал артиллерийским батареям обстреливать мост через Днепр, но городские орудия при поддержки русских артбатарей с правого берега, заставили замолчать артиллерию противника. Корпус маршала Даву вместе с поляками Понятовского снова атаковал Молоховские ворота и начал теснить русские войска в город. На помощь Дохтурову было отправлена 4-я дивизия герцога Вюртемберского, что помогло исправить ситуацию, французы были вновь выбиты за стены города. К 8 часам вечера Наполеон отозвал свои войска. Смоленск и мост через Днепр остались в руках русских войск.
18 августа.
На военном совете в ночь с 17 на 18 августа было принято решение не продолжать оборону Смоленска.
1-я русская армия отошла на север к Поречью, затем свернула на юг и вышла на московскую дорогу. Багратион оставил свои позиции у Валутиной горы и двинулся на Дорогобуж по московской дороге, к Соловьевой переправе через Днепр. Дохтуров разрушив мост через Днепр успел очистить Смоленск. Отход русских войск прикрывал арьергард под командованием генерала Тучкого 4-го в несколько тысяч человек. Утром 18 августа, французы перешли Днепр возле разрушенного моста и заняли Петербургское предместье. Чтобы дать возможность всем войскам 1-й армии выйти на московскую дорогу, 19 августа Барклай-Де-Толли даст оборонительное сражение у Валутиной горы.
Клаузевиц о Смоленском сражении:
"Здесь мог произойти лишь частный бой, который не мог внести изменения в общее положение обеих сторон, выражавшееся в наступлении французов и отступлении русских…
Бои под Смоленском, как мы видели, приняли форму и оборот, вполне отвечавшие для русских смыслу кампании 1812 г., однако, даны они были большей частью из побочных сражений и без отчётливого понимания перспектив этой кампании."
Потери русских войск за 16-17 августа, по разным источникам, оценивают в 6-7 тысяч человек; потери французов - в 12-13 тысяч человек.