Сражение за Смоленск по замыслу Барклая превратилось в очередной кровавый арьергардный бой с целью задержать противника и нанести ему как можно больший урон.
Понесший потери 7-й корпус Раевского в ночь с 16 на 17 августа был сменён 6-м корпусом генерала от инфантерии Дохтурова, которому дополнительно придали всю ту же героическую 27-ю дивизию Неверовского, свежую 3-ю дивизию Коновницына и кавалерию генерала Уварова. Войска разместили резервы под прикрытием стен в каменном городе, многочисленная русская артиллерия заняла земляные бастионы перед стенами крепости. Поскольку город на левом берегу прекрасно просматривался с высот другого берега, то для поддержки обороняющихся на высотах противоположного правого берега Днепра были установлены сильные дальнобойные батареи.
Утром Наполеон, зная о присутствии всей русской армии, с нетерпением ожидал долгожданного выхода противника в поле для генерального сражения, столь нужного для серьезно углубившейся натерриторию России Великой армии, но не для «игравших в свою игру» русских. Когда ему донесли об отходе армии Багратиона, он лично прибыл на Шеин острог наблюдать передвижение русских войск. После этого он приказал найти брод для переправы и последующего удара в стык русских армий с целью их разъединить. После того, как броды не были найдены, причём, несколько лошадей утонуло в стремнине, он приказал начать бомбардировку и в 13 часов повёл атаку на город с разных сторон. Его войска овладели предместьями, однако не могли продвинуться дальше старой крепостной стены. Наполеон велел артиллерии пробить брешь в стене, но эта попытка не удалась, хотя местами палили из пушек почти в упор. Правда, осколки больших 12-фунтовых ядер рикошетили в ров перед стеной, вынуждая русских покинуть это укрытие. Зато снаряды зажгли предместья и постройки в самом городе.
Ок. 14 часов Наполеон приказал Польскому корпусу Понятовского атаковать Молоховские ворота и восточные предместья вплоть до Днепра. Поляки легко захватили предместья, но проникнуть в город, несмотря на серьезные потери, им так и не удалось. Понятовский приказал было своей большой батарее стрелять по мосту на Днепре, чтобы прервать сообщения русских армий, но их артиллерия из-за реки поддержала городские орудия и заставила поляков прекратить обстрел. Более того, особо тяжёлые потери поляки понесли именно от огня вражеских пушек.
Настал черед корпуса маршала Даву атаковать Смоленск. Вместе с поляками он повел настойчивый приступ против Молоховских ворот, переходя через сухой ров и оттесняя русских в город. Русская армия уже не контролировала предместья, сражалась в пределах крепостных стен. Атакующие части наполеоновской армии укрылись под стенами от артиллерийского огня, но несли потери от ружейного. На помощь Дохтурову была послана 4-я пехотная дивизия принца Евгения Вюртембергского, что помогло выправить ситуацию. Теперь за Смоленск сражалось до 25 тыс. русских солдат. Егерский полк 4-й дивизии вышел за пределы стен и прицельным обстрелом ослабил натиск врага.
Великая армия несла большой урон. Как потом вспоминал в своих мемуарах бригадный генерал граф Сегюр: «… 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.»
В тоже время, большая часть наполеоновской армии наблюдала за штурмом с окружающих высот и аплодировала атакующим колоннам, стараясь поддержать их морально.
К 20 часам Наполеон отозвал войска, так и не прорвавшиеся в крепость.
Он приказал установить против города сотню орудий и открыть бомбардировку. Город загорелся.
Уже в темноте была отражена одна из последних неприятельских атак. Смоленск и мост через Днепр все еще оставались у русских, чьи потери только за тот, правда, наиболее ожесточенный день боев, принято оценивать в 4 тыс. чел.
В тоже время, если ограничивать Смоленское сражение 16—17 августа и не считать раненых в госпиталях Смоленска (потери в более ранних сражениях), то общие потери русской стороны согласно достоверным свидетельствам, составляют ок. 6 тыс. чел.: два генерала убитыми и четыре ранеными. Естественно, что в это число не входит потеря 1.5 тыс. чел. дивизии Неверовского при отступлении из Красного 14 августа. В свою очередь, по многочисленным воспоминаниям офицеров Великой армии, в горевшем Смоленске погибло много русских раненых, эвакуированных в город ранее из разных мест. Оставшиеся в живых были лишены медицинской помощи, так как даже на раненых солдат наполеоновской армии не хватало перевязочных материалов.
Вражеские потери советские историки определяли в 20 тыс. чел. В свою очередь, инспектор смотров при Главном штабе Наполеона, барон Деннье, оценил потери Наполеона в 12 тыс. человек. Впрочем, встречаются цифры и в 14 тыс.
…Между прочим, показания Денье можно принимать за наиболее достоверные, так как через него проходили рапорты корпусных командиров о потерях. Кстати, именно на его цифрах основывается наиболее распространённая оценка потерь наполеоновской армии при Бородино, хотя она и оспаривается многими историками как заниженная…
Главный хирург Великой армии Ларрей оценил потери своей армии в 1.2 тыс. убитых и 6 тыс. раненых. Однако поскольку его сведения о потерях при Бородино принято считать сильно заниженными, то, не исключено, что то же самое можно полагать и об оценке им потерь в Смоленске.
И последнее, на эту крайне щекотливую тему (тема потерь у врага всегда сугубо идеологическая – «пиши их по более, чего жалеть басурманов!» – Я.Н.). Вот и французская историография оценивает потери Франции в 6—7 тыс. при условии, что из 182.602 чел. списочного состава Великой армии в сражении за Смоленск смогло принять участие лишь 45 тыс. чел., а российские потери она определяет в 12—13 тыс., при условии наличия примерно 130.500 чел. в обеих армиях Барклая и Багратиона – под Смоленском сражалось только 38 тыс. Процентное соотношение потерь с обеих сторон каждый вправе вычислить самостоятельно.
На военном совете русской армии в ночь с 17 на 18 августа высказывались различные варианты дальнейших действий. Рассматривалось продолжение обороны, а возможно даже наступление на врага. Однако было сочтено нецелесообразным продолжать отстаивать сгоревший город или давать ему большое сражение без шансов на успех, а продолжить отступление на восток.
Той же ночью (18 августа) 1-я русская армия (почти 76 тыс. чел.) отошла к северу по дороге на Поречье, а Дохтуров успел очистить Смоленск и уничтожить мост. С утра 18 августа наполеоновские войска под прикрытием артиллерийских батарей перешли Днепр вброд около моста и заняли выгоревшее Петербургское предместье Смоленска. Русский арьергард безуспешно попытался выбить противника с этого плацдарма на правом берегу Днепра, под охраной которого сапёры быстро восстанавливали мост. В течение того же дня неприятель починил мост и 19 августа бросился за отступающей русской армией.
Багратион оставил свою позицию на Валутиной горе и со своими примерно 34 тыс. чел. двинулся на Дорогобуж по Московской дороге, к Соловьевой переправе через Днепр, освобождая путь 1-й армии. Дорогобуж следовало занять первыми, чтобы Наполеон не перерезал обходным манёвром (подобным тому, который не удался ему под Смоленском) пути-дороги отхода на Москву.