После тяжелого ранения князя П.И. Багратиона главнокомандующий Голенищев-Кутузов поручил Дмитрию Сергеевичу, как полководцу опытному и испытанному в битвах с французами, временно возглавить 2-ю Западную армию. Михаил Илларионович предписал Дохтурову:

«Хотя и поехал принц Виртембергский на левый фланг, несмотря на то имеете Вы командовать всем левым крылом нашей армии, и принц Виртембергский подчинен Вам. Рекомендую Вам держаться до тех пор, пока от меня не воспоследует повеление к отступлению.

Князь Г(оленищев) – Кутузов».

Дохтуров сумел восстановить порядок в войсках левого фланга, который был нарушен в немалой степени известием о «потере» Багратиона. Прибыв на место, он сразу понял, что удерживать далее разрушенные артиллерийским огнем флеши смысла уже не имеет, равно как и нести здесь неоправданные людские потери. Поэтому он отвел полки к близлежащему Семеновскому оврагу и там остановил беспрестанно атакующих французов. Участник битвы Федор Глинка писал:

«Дохтуров, отражая мужественно опасности и ободряя примером своих воинов, говорил: «За нами Москва! Умирать всем, но ни шагу назад!» Смерть, встречавшая его почти на каждом шагу, умножала рвение его. Под ним убили двух лошадей и одну ранили…»

Оставив врагу разрушенные артиллерийским огнем Багратионовские флеши, русские войска до конца дня стойко удерживали позиции на высотах за селом Семеновским. Под конец сражения был эпизод, когда «заметно было у неприятеля» на левом русском фланге сильное движение. Было высказано предположение, что император Наполеон все-таки решил бросить в огонь битвы гвардию (Старую или Молодую) и тем склонить в день 26 августа победную чашу весов на свою сторону.

Внимательно наблюдавший за перемещениями французских войск, Дохтуров решил попросить поддержки у главнокомандующего, поскольку наличных сил у него к концу осталось мало. В деревню Горки поскакал Иван Липранди, поручик свиты Его Императорского Высочества по квартирмейстерской части, состоявший при 6-м корпусе. Липранди вспоминал:

«…Я был послан Дохтуровым к Кутузову с донесением и, вместе с тем, просить подкрепления. Князь, выслушав, встал со скамейки и велел мне скакать к Раевскому и сказать ему, чтобы он употребил все усилие собрать, что может, и подкрепить Дмитрия Сергеевича. Обратившись, он заметил Раевского, сидящего среди его свиты на пне:

«А, да вот он, – и, сделав несколько шагов к нему (Раевский подошел), продолжал: – Послушайте, что он говорит (указывая на меня). – Ради Бога, соберите, что у вас только осталось, и летите туда».

На возражение Раевского, «что у него ничего не осталось в массе и все перебито», Кутузов убеждал его еще, и тогда Раевский сел на лошадь, послал своих окружающих собирать кучки, оставшиеся от полков, и направить их налево, и, обратившись ко мне, продолжал:

«Скажите Дмитрию Сергеевичу, что сколько соберу, всех приведу. Не знаю, однако же, послужит ли это к чему».

Возвратившись к Дохтурову, я нашел его на барабане; возле него сидел на земле начальник артиллерии 2-й армии барон Левенштерн; ядра гранаты осыпали его. Отдав ему отчет в поручении, он сказал:

«Да уже теперь, кажется, не нужно; французы что-то остановились…»

Когда стало ясно – по гулу артиллерийской канонады и ружейной перестрелке выдвинутых вперед цепей стрелков, – что битва заканчивается, М.И. Голенищев-Кутузов послал адъютантов поздравить частных военачальников с «отражением неприятеля» и предварительно сказать им, что сражение продолжится на следующий день с восходом солнца. Дохтуров выслушал такого посланца под свист вражеских ядер, сидя на барабане «среди войск»: «Почтенный воин принял меня и весть с радостным лицом».

Под вечер, когда гул битвы стал совсем стихать, Дохтуров получил за подписью «Князя Г(оленищева) – Кутузова» записку следующего содержания:

«Я из всех движений неприятельских вижу, что он не менее нас ослабел в сие сражение, и потому, завязавши уже дело с ним, решился я сегодняшнюю ночь устроить все войско в порядок, снабдить артиллерию новыми зарядами и завтра возобновить сражение с неприятелем. Ибо всякое отступление при теперешнем беспорядке повлечет за собою потерю всей артиллерии».

Такая же записка была послана Михаилом Илларионовичем командующему другой армией, 1-й Западной, генералу от инфантерии М.Б. Барклаю-де-Толли.

Когда поздно вечером Дмитрий Сергеевич прибыл в кутузовскую штаб-квартиру в Горках, он высказал главнокомандующему свою оценку только что окончившейся великой битвы, которую впоследствии назовут «Битвой гигантов»:

«Я видел своими глазами отступление неприятеля и полагаю Бородинское сражение совершенно выигранным».

Временно исполнявший обязанности командующего 2-й Западной армией генерал от инфантерии Д.С. Дохтуров несколько позднее представил по команде рапорт о действиях подчиненных ему войск в бородинском деле: