Приняв командование Молдавской армией, которая насчитывала лишь 20 тысяч человек, Багратион, не снимая осады Измаила, сумел за август месяц взять ряд городов – Мачин, Гирсово, Кюстенджи. В сентябре он разбил турок под Рассеватом и осадил Силистрию. Осада Силистрии не увенчалась успехом. В октябре русская армия была вынуждена снять осаду вследствие движения к Силистрии 50-тысячной турецкой армии. В столице действия Багратиона под Силистрией вызвали неудовольствие, и в феврале 1810 года главнокомандующим русской Дунайской армией был назначен генерал-лейтенант Н.М. Каменский.
В августе 1811 года Александр I назначил Багратиона командующим Подольской армией, находящейся на Украине. Весной 1812 года он был утвержден в должности главнокомандующего 2-й Западной армией, сформированной на базе Подольской армии.
Багратион разработал свой собственный план кампании 1812 года, который и предложил императору. В нем он рекомендовал принять неотложные меры для ограждения страны от внезапного нападения. Для подготовки русской армии к защите России он предложил провести ряд мероприятий по укреплению войск, расположенных на границе, созданию резервных группировок и баз снабжения армии продовольствием. Также он предлагал привести Балтийский флот в боевую готовность. Однако Александр утвердил план, составленный его военным советником бароном Фулем.
Отечественная война 1812 года началась с отступления 1-й и 2-й Западных армий, которые двигались на соединение. С тяжелыми боями к концу июля армия Багратиона вышла к Смоленску и соединилась с 1-й Западной армией, тем самым сорвав надежды Наполеона на разгром русских поодиночке. Под Смоленском Багратион предлагал дать французам генеральное сражение, но армия продолжила отступление и двигалась по направлению к Москве.22 августа армия достигла села Бородино. Здесь войска расположились на позициях, избранных для генерального сражения. Армии Багратиона предстояло защищать укрепления, расположенные на левом фланге, возле деревни Семеновская, впоследствии названные Багратионовыми флешами. Главный удар по левому флангу русских войск был нанесен одновременно с атакой на село Бородино. Флеши атаковали две французские дивизии корпуса маршала Даву. Однако первые атаки не увенчались успехом. Тогда маршал Даву лично возглавил очередную атаку и во главе 57-го линейного полка ворвался на левую южную флешь. Но ему не удалось закрепить свой успех; войска Багратиона отбросили его на исходный рубеж. Французам два раза удавалось захватить флеши, а один раз они даже прорвались в деревню Семеновская. Но всякий раз Багратион наносил им сильные удары и выбивал их с укреплений.
