За ніч турецькі сапери, не думаючи про відпочинок, викопали ще три лінії шанців і спорудили дві облогові батареї, на які поставили 7 гармат великого калібру. Воєвода Іван Ржевський, спостерігаючи за діями турків, зрозумів, що коли їм не перешкодити, місто доведеться здати вже за кілька днів, тож спробував вибити турків із траншей і перешкодити роботі землекопів. За його наказом дві тисячі стрільців і козаків пішли на вилазку із замку і знову розпочали рукопашний бій з яничарами. Однак, як і минулого разу, їм довелося відступити назад, зазнаючи значних втрат.
Невдовзі будівництво облогових батарей турки закінчили, і розпочалося планомірне бомбардування фортеці. Як записав у своєму діаріуші Патрік Гордон, за перший день обстрілу до міста і замку потрапило 278 ядер і 86 порохових бомб різних калібрів. Хоча й ця цифра навряд чи може характеризувати потужність артилерійського обстрілу міста — велика кількість снарядів розбивалася до муру і не потрапляла в місто, позаяк турецькі гармаші прагнули насамперед зруйнувати першу лінію оборони і бруствер міських укріплень.
Наступного дня до Чигирина потрапило вже 468 ядер і 246 бомб. І, слід зауважити, артилерійський обстріл вівся досить влучно: вже цього дня в мурі утворилося кілька досить великих проломів. Утім, радіти туркам з цього приводу не доводилося — проломи, над утворенням яких турецька артилерія трудилася протягом дня, швидко зашпаровували ночами виділені Ржевським для цього загони стрільців. Однак напруга поступово зростала. Зі збільшенням кількості облогових батарей, які планомірно руйнували місто, зростала кількість поранених осколками бомб і трісками дерева, з якого були збудовані фортечні бастіони.
Облога тривала. Ворожі траншеї чимдалі ближче підступали до фортечного рову, а з мурів фортеці можна було побачити в тилу у турків цілі гори фашин і мішків з землею, за допомогою яких турецькі вояки готувалися здолати висічений у скелі рів фортеці. Кількість облогових батарей збільшувалася з кожним днем. Тепер щодня на фортецю падало до тисячі чавунних ядер та порохових бомб. Не давали нічого й спроби обложених боротися з таким нахабним пресингом — турки, пам'ятаючи уроки минулорічної облоги, коли московські стрільці й українські козаки здійснювали сміливі вилазки, тепер сильним піхотним прикриттям надійно захистили свої батареї, а траншеї обкопали високим бруствером.
Наприкінці липня Кара — Мустафа зумів поставити батареї вже зовсім близько від зовнішнього боку фортечного рову. Відтепер загроза для міста зросла в кілька разів — прямими пострілами з невеликої відстані турки стали розбивати дерев'яну частину валу. І хоч обложені ночами намагалися виправити ушкодження, ситуація стрімко погіршувалася.
Як згадував у своєму щоденнику Патрік Гордон, особливо жорстоким було бомбардування 28 липня. Тоді від влучення порохової бомби загорілася одна з чигиринських церков. Через сильний гарматний обстріл пожежу загасити не змогли і вогонь перекинувся на сусідні будинки. У підсумку велика частина Чигирина перетворилася на згарище. Жар від пожежі був таким сильний, що в деяких місцях козаки змушені були залишати фортечний вал і лише прорахунок турецького командування вберіг у той день фортецю від падіння. Після таких успіхів великий візир Мустафа — паша остаточно впевнився, що обрана ним тактика є виграшною, тож продовжував бомбардування фортеці, прагнучи артилерійським вогнем зруйнувати її укріплення і придушити волю гарнізону до стійкого опору.
Але залишилися позаду дні посиленої артилерійської підготовки і 29 липня був проведений перший штурм фортеці силами яничарського корпусу і кількох полків сейменів провінційних військ. Турки закидали фашинами фортечний рів і о 9 годині ранку почали атакувати зовнішній вал. Як повідомляли очевидці, атака турецької піхоти була такою потужною, що московським стрільцям, які обороняли бастіон, довелося відійти до внутрішніх укріплень. Скориставшись цим, ворожі сапери розібрали дерев'яні підпірки бруствера і розкидали землю. У той же день була підірвана пороховими мінами частина міських укріплень у районі Кримських воріт фортеці. Унаслідок вибуху там утворився великий пролом, тож гарнізон фортеці очікував на початок генерального штурму, який, невідомо з яких причин, так і не відбувся. Пояснити це можна хіба що тим, що Мустафа — паша, як і під час пожежі 28 липня, просто не зрозумів вигоди моменту й не зважився на генеральний приступ. Однак тиск на фортецю з боку турків не зменшувався. 30 липня турки підірвали кут середнього больверку.[5] Вибух скинув колоди і землю в рів, утворивши, окрім зяючого пролому в мурі, ще й місток, за допомогою якого турецькі піхотинці могли перейти рів. Султанська гвардія, оцінивши успішний збіг обставин, відразу ж кинулася на штурм, але несподівано для себе опинилася перед нерозбитим ретраншементом — укріпленням другого ешелону. Яничари, як по команді, залягли і почали пластувати у зворотному напрямку.
Потім уже в іншому місці, під куртиною,[6] був підірваний другий, потужніший підземний камуфлет. Тут яничари атакували більш рішуче. Як повідомляє Патрік Гордон, бій тривав чотири години, і обложені все ж таки змогли відбити напад за допомогою рушничного вогню і пострілів картеччю прямою наводкою.
В останній день липня Кара — Мустафа, відчуваючи роздратування, наказав не припиняти атаку фортеці ні вдень, ні вночі. Турки наблизили облогові траншеї впритул до укріплень фортеці з боку річки і з них почали атакувати бастіони. Згодом вибухом камуфлету і важкими ядрами була пробита кам'яна стіна вежі Дорошенка: у її мурі з'явився величезний пролом, у який ринули потоком яничари. До вечора султанські гвардійці, тріумфуючи, поставили на вершині вежі десять своїх штандартів.
Розпочався спекотний серпень. Тепер за день на Чигирин падало вже понад тисячу ядер і бомб. Одна за одною вибухали бочки з порохом у підведених до мурів фортеці мінних галереях. Обложені, незважаючи на те, що працювали не покладаючи рук, вже не встигали за ніч відновлювати зруйновані протягом дня фортечні укріплення. Генеральний штурм, якого в Чигирині очікували ще від часу, коли вибухнув мур у районі Кримських воріт, наближався. Такі припущення підтверджували перебіжчики — християни і полонені турки, що їх у фортеці ставало чимраз більше. Вражали також наполегливі дії турецької піхоти. Тепер місце, де підземним вибухом руйнувався вал, яничари відразу ж атакували, і вибивати їх з проломів доводилося з великими труднощами і значними людськими втратами. А вже невдовзі, 3 серпня, на Чигирин впало ще одне лихо. Гарнізон втратив свого випробуваного начальника. Воєвода Іван Ржевський, який поспішав до місця вибуху у Верхньому місті, був смертельно вражений осколком бомби, що розірвалася поряд. Як відомо, втрата головнокомандувача в критичний момент може настільки понизити бойовий дух вояків, що вони будуть просто нездатні чинити подальший опір, але, на щастя, у Чигирині так не сталося. Командування фортецею прийняв полковник Гордон, якого добре знали й поважали як українські козаки, так і московські стрільці.
Утім довго триматися Чигирин уже не міг. Після підриву чергової порохової міни під стінами міста і замку, а потім потужного штурму обложені отримали наказ залишити Чигирин.
Патрік Гордон, як випливає з його щоденника, не був повністю посвячений у таємні задуми російського командування, тож рішення про вихід із міста стало для нього цілком несподіваним. Раніше Гордон не раз звертався до Григорія Ромадановського з проханнями про допомогу, пропонував здійснити ті чи інші військові акції, але воєвода, зайнятий бойовими діями з частинами турецької армії, не задіяними в облозі Чигирина, не звертав уваги на листи шотландця. На честь Гордона можемо сказати, що як комендант він з честю виконав свій обов'язок, і тільки після отримання письмового наказу Ромадановського покинути Чигирин підкорився йому. У ніч на 12 серпня московські війська висадили в повітря пороховий склад та інші споруди замку, підірвали гармати і разом з українськими козаками почали з боєм відступати з охопленого пожежами Чигирина. Відходив Чигиринський гарнізон, прориваючись через лави яничарів на Млиновий міст і греблю на річці Тясмин, і його відступ, слід зауважити, не був злагодженим, — турки, які невпинно атакували полки, що відступали, завдали козакам і стрільцям втрат, які рахувалися тисячами загиблих. Після кількагодинного бою чигиринці нарешті прорвали оточення й дісталися до табору Г. Ромадановського та І. Самойловича. Самовидець з приводу цих подій пише: «И так в пятницю вирвало подкоп под замком, где убито гранатом воєводу окольничего Івана Івановича Ржевского, чоловіка воєнного и справного. А напотом дня 10 августа, в неделю по полудню, вирвало килка подкопов под містом праве в самій час, як козацтво, одни попилися, а инніе спали, и так, як стал крик, мало хто з войска козацкого кидалося бігти, але усе наутеки скочило з города, обачивши войско турецкое на той вирві, где подкопи вирвали. Где на мості, як зийшло козацтво, с которими мост обломился, а на греблі сами себе подавили, утікаючи; где немалую шкоду турки в людех учинили — на килканадцять тисяч Козаков погибло: одни потонули в Тясмині, а инних порубано, бо турки не живили нікого, але усе стинали, где опановали. Піхотного зась войска козацкого, под гору за церков зобравшися, боронилися аж до самой ночи, а москва боронилася в замку. И так вночі москва, понабивавши полни гармати пороху и замок запаливши, пойшли с тими козаками на пролом през турецкое войско, которое юже знову перейшло през Тясмин, и так увойшли до своего войска».
