В 7 часов утра 26 августа Ней начал атаку, в 8 часов, утра овладел флешами и готовился уже атаковать д. Семеновскую; в 9 часов Багратион взял флеши обратно, но в 10 часов опять их потерял; в 11 часов дня, поддержанный дивизией Коновницына и 4 кавалерийскими полками, Багратион снова выбил французов, но во время этой блестящей атаки, которая должна была послужить началом перехода в решительное наступление, он был тяжело ранен. Но он не хотел оставлять поле сражения, пока ему не донесут о результатах только что начавшейся атаки кирасир, и продолжал распоряжаться под огнем. Однако потеря крови и вследствие этого слабость усиливались, и Багратиона унесли с поля сражения и отправили в Москву.
Слух о ранении и даже смерти Багратиона быстро распространился между солдатами и, по словам Ермолова, привел их в полное отчаяние, так что в рядах их обнаружилось замешательство, ввиду которого Коновницын, заступивший место Багратиона, не признал возможным дальнейшую борьбу за флеши и отошел за Семеновский овраг.
В Москве лечение Багратиона пошло сперва относительно успешно, но переезд из Москвы в имение его друга, князя Б. Голицына, Симы Владимирской губернии по тряской дороге, дурная осенняя погода и скорбь от потери Москвы повлекли осложнение болезни, опасное для изнуренного беспрерывной походной боевой жизнью организма героя. Предложение врачей ампутировать ногу «повлекло гнев князя» — и 12 сентября он скончался в Симах в страшных мучениях.
27 лет спустя император Николай I повелел воздвигнуть памятник на Бородинском поле, приказал перенести к подножию его и останки Багратиона. Император Александр III увековечил память героя наименованием 104-го пехотного Устюжского полка его именем.
Багратион — редкий тип народного и солдатского героя, по единому слову и знаку которого войска готовы были умирать и все переносить. Вообще Багратион был скромного и относительно спокойного характера, но иногда очень вспыльчив, хотя гнев его проходил быстро; зла не помнил и никогда не мстил. Стоял всегда на страже интересов своих офицеров и солдат, входя в их быт и деля с ними все тягости боевой жизни, он пользовался замечательным уважением и любовью своих войск. Своим образом жизни в походе и на войне Багратион напоминал Суворова, подавая пример нетребовательности и выносливости: он спал всегда одетым, не более 3–4 часов в сутки, был неприхотлив в пище и жилье. Как стратег Багратион считается до сих пор ниже многих русских полководцев, однако за всю его долгую боевую деятельность нельзя указать в ней каких-либо стратегических ошибок; наоборот, ему постоянно приходилось искупать своим умением и упорством в бою крупные промахи своих начальников; как главнокомандующий в войну 1809 г. он был вполне на высоте призвания, а как командующий армией в 1812 г, он был связан директивами сперва Барклая, а потом — Кутузова.