为了转移国内视线，路易·拿破仑对普鲁士发动了战争。他原以为借此能够延长自己的政治生命，没想到在战场上一败涂地，反而加速了王朝的覆灭，最终走了一条与其伯父相同的命运之路。
前仇之恨
普奥战争刚结束，拿破仑三世便迫不及待地派出使者，希望普鲁士兑现战前请求法国保持中立时许下的诺言，要求占领比利时和卢森堡。接待法国使团的是时任普鲁士首相的俾斯麦。对于曾经许下的诺言，他压根没想过实现，不过他没有直接拒绝，而是耍了个花招，以“请示国王”为借口让法国使者将此事写成备忘录。使者不知是计，当即照办了。
“铁血首相”俾斯麦没有把备忘录呈给国王，而是当成特殊的“礼物”送给了英俄两国，试图挑起他们和法国的矛盾。获悉这件事后，拿破仑三世暴跳如雷，立誓要灭掉普鲁士的嚣张气焰。
法国与普鲁士的战争似乎是不可避免的，交战的双方都想打这场仗。拿破仑三世除了报仇雪恨之外，更希望转移国内焦点，化解危机，同时阻止普鲁士统一，以达到称霸欧洲大陆的目标。而普鲁士早就对法国矿产丰富的阿尔萨斯和洛林地区觊觎不已。俾斯麦早有心发动战争，只是苦于找不到出师之名而已。从1868年开始，两国都积极地展开备战活动。
导火索
西班牙王位继承权问题成为了普法战争的导火线。1868年，西班牙爆发革命，推翻了女王的统治。王位空缺，俾斯麦见有机可图，就以重金贿赂西班牙临时政府的实权人物，拥护普鲁士国王威廉一世的堂弟、西班牙女王的女婿利奥波德亲王为王。如果俾斯麦的阴谋得逞，法国将陷入腹背受敌的困境。拿破仑三世立即向西班牙和普鲁士提出抗议，英、俄、奥等国也纷纷表示反对。在众国的压力之下，普鲁士不得不放弃了这一想法。拿破仑三世还是觉得不放心，又命令法国驻普大使觐见普王威廉一世，要求他保证普鲁士王族今后不得继承西班牙王位。这个过分的要求理所当然遭到了威廉一世的拒绝。事后，威廉一世将会晤内容电告俾斯麦。急于挑起战争的俾斯麦改动了电文内容，使其带有侮辱法国之意，并将电文公诸报端。拿破仑三世看到电文后像一头暴躁的公牛般冲向俾斯麦设下的“红布”。1870年7月19日法国向普鲁士宣战。
色当惨败
军同另一支法军在斯皮塞伦交火，普军大胜，结果东部洛林省也为普军占领。法军全线溃败，普军乘胜追击，战场全部转入法国境内。
拿破仑三世决定先发制人，发动突袭，短时间内击败普鲁士。但普鲁士早有准备，俾斯麦从来不打没有把握的仗，他迅速调动军队，布置在边境严阵以待。7月下旬，拿破仑三世携皇子亲赴前线指挥，麾下的麦克马洪元帅和巴赞元帅各率一支大军，皇后欧仁妮留在巴黎摄政。
刚一宣战，训练有素的普军很快投入战场；法国却反应缓慢，调动混乱。8月2日，法军刚刚攻入普鲁士边境，便遭到了普军的迎头痛击。8月4日，普军转入反攻，法国大军还没有集结完毕，普军已经攻破了法国的门户。8月6日，麦克马洪指挥的军队在法国东北边境被普军重创，法军被迫撤退，阿尔萨斯省沦陷。同日，普拿破仑三世大惊失色，将帅印交给巴赞，匆忙后撤。巴赞率领的法军经过激战后，最终被围攻在梅斯要塞里。拿破仑三世和麦克马洪本想支援梅斯，但遭到普军的围堵，不得不退到色当。自8月30日起，普军用大炮猛攻色当，法军伤亡惨重，将士斗志渐失。9月1日，普军再次发起猛攻。当天下午，拿破仑三世在色当城头竖起白旗投降，史称“色当惨败”。9月2日，拿破仑三世会见普鲁士首相俾斯麦，正式签署了投降书。拿破仑三世和麦克马洪等将领及10万法军全部成为普军俘虏。
9月3日，拿破仑三世向巴黎发去电文：“军队已被击败，我和全体官兵都已成为俘虏。”巴黎哗然，皇帝投降点燃了巴黎市民内心早已到达燃点的怒火，他们纷纷行动起来，示威游行。
9月4日，巴黎爆发革命，皇后欧仁妮被迫逃往英国，统治法国18年之久的第二帝国宣告崩溃，从此永远结束了王朝统治的时代。
