Особенно жаркий бой разгорелся у Бухарских и Самаркандских ворот. Оборона первых была поручена фон Штемпелем подполковнику Назарову (ему были подчинены 95 саперов), вторых — капитану Шеметилло и штабс-капитану Богаевскому. Но если Шеметилло и Богаевский возвели у ворот настоящую баррикаду, под прикрытием которой отражали атаки врага, то Назаров приказал пушечным огнем разрушить горящие ворота. Решение офицера было явно неудачным — у Бухарских ворот обороняющиеся несли гораздо большие потери, чем у Самаркандских. Всего в первый день штурма русский гарнизон потерял 2 офицеров и 22 нижних чинов убитыми, 4 офицеров и 54 нижних чинов ранеными.
Утром 3 июня бой возобновился с прежней силой. В четыре утра огромная толпа атакующих с горящими головнями бросилась к Самаркандским воротам и, несмотря на стрельбу защитников, сумела поджечь ворота. Тогда штабс-капитан Богаевский приказал заложить их мешками с землей, что и было сделано. Меткий орудийный огонь вынудил врагов отступить. Попытка неприятеля проникнуть в цитадель сквозь пролом в стене правее ворот была сорвана дружным контрударом небольшого отряда из 25 раненых, писарей и музыкантов, которые встретили шахрисябцев и самаркандцев штыками.
В 11 часов утра была предпринята попытка штурма Бухарских ворот (точнее, того, что от них осталось после пожара). Отряд подполковника Назарова встретил врага дружным огнем и штыковым ударом, который перешел в дерзкую контратаку. Во время отражения атаки смертью храбрых пал командир орудия подпоручик Служенко — сраженный тремя пулями, он умер, как настоящий артиллерист, рядом со своей пушкой, со словами: «Ура, братцы! Пли!»
В 15 часов сражение временно затихло — обе стороны были истощены боем до крайности. Два часа спустя неприятель еще раз попытался штурмовать цитадель, но был быстро отбит и с потерями отступил. За второй день обороны, 3 июня, русские потеряли около 70 человек убитыми и ранеными.
Комендант крепости майор Ф. К. фон Штемпель не имел никаких известий извне. Понимая, что боеприпасов и продовольствия надолго не хватит, он составил план дальнейшей обороны. В случае захвата цитадели было положено перейти в ханский дворец и оборонять его до последнего, после чего взорвать вместе с противником. Идею фон Штемпеля горячо одобрил подполковник Н. Н. Назаров. В дни осады эти офицеры составили очень удачный тандем, дополнявший друг друга — спокойный и хладнокровный фон Штемпель и горячий, храбрый Назаров, который, кстати, безоговорочно подчинялся младшему по чину коменданту. Штемпель был мозгом обороны, Назаров — ее душой.
День 4 июня в целом прошел несколько спокойнее. На рассвете толпа попыталась штурмовать остатки Бухарских ворот, но была разогнана метким огнем с ракетного станка, который вел капитан Михневич. Весь день продолжалась перестрелка, стихшая к ночи.
5, 6 и 7 июня наступавшими были предприняты еще три штурма цитадели, но все они закончились неудачей. Наконец в 23 часа 7 июня осажденные с нескрываемой радостью увидели ракету, которая взвилась над степью. Это шла на выручку гарнизону армия генерала Кауфмана…
Очевидец так описывал момент вхождения русских войск в Самарканд: «Генерал-губернатор въехал в цитадель. Бледные и худые, но принарядившиеся защитники возбуждали к себе невольное участие и уважение — это были больные и слабые 9-го батальона. Тут же был и всегда веселый Назаров; стоял также невозмутимо спокойный барон Штемпель. Генерал остановился в воротах и долго говорил с героями славной обороны, которые, казалось, и не подозревали, что они совершили действительно геройский подвиг».
Пятидневная оборона цитадели Самарканда вошла в историю среднеазиатских походов русской армии как одна из самых славных ее страниц. Об этом красноречиво сказано в приказе командующего войсками:
«Храбрые войска гарнизона самаркандской цитадели!
По выступлении моем в Ката-Курган для поражения там эмировых войск, собравшихся для враждебных против нас действий, вы были осаждены.
Шагрисябские войска и массы вооруженных городских и окрестных жителей, увлеченных возмутителями, возымели дерзкую мысль уничтожить вас.
Они ошиблись и наказаны. Вас руководили долг, присяга и честное русское имя.
Больные и раненые, могущие стрелять и колоть, все были в строю, на стенах и в вылазках. Распорядительный храбрый комендант и все господа штаб- и обер-офицеры были с вами всегда, руководили вами и разделяли ваши опасности.
Их распорядительность, а ваша храбрость и стойкость сделали ничтожными все попытки неприятеля. Вы не уступили ему ничего. Вы бились семь дней, и когда на восьмой я пришел к вам — все были так бодры и веселы, что нельзя было мне не любоваться, не гордиться вами!
Помяните доброй и вечной памятью падших во время этой славной семидневной обороны цитадели. А вам, молодцам, — спасибо за службу!»