Тогда же «Рафаил» доставил сведения, что турецкий флот готовится выйти из Босфора. Очевидно, неприятельское командование после набега на Инаду демонстрировало активность. Однако флот султана так и не появился на Черном море.
В июле-августе, пользуясь тем, что с юга проходы к крепости были, открыты, турки провели к Варне двенадцатитысячные подкрепления. Но 27 августа Царь вернулся и основал Главную квартиру на флагманском корабле, приняв командование над сухопутными и морскими силами. Ежедневно он бывал в лагере на берегу, через телескоп наблюдал с борта «Парижа» за ходом осады и был в курсе событий. 28 августа, после прибытия гвардейского корпуса (25 500 человек), осада стала более тесной, войска успешно отражали попытки деблокировать крепость изнутри и извне. 29 августа отряд генерал-адъютанта Головина занял позицию южнее крепости, окончательно замкнув кольцо блокады. Следующим утром высаженный с южной стороны Варны отряд моряков (170 человек) устроил редут и телеграф для связи флота и армии.
С моря линейные корабли и бомбардирские суда по очереди подходили и бомбардировали крепость.
1 сентября была взорвана мина под приморским бастионом. Появилась возможность для штурма. Чтобы избежать потерь, Николай I поручил Грейгу предложить капудан-паше Иззет-Магомету сдать Варну. Адмирал направил капудан-паше следующее письмо:
«Покамест крепость не была обложена со всех сторон нашими войсками, она могла надеяться получить подкрепления; теперь же все сообщения, как на суше, так и на море, прерваны; крепостные укрепления большею частию разрушены, и потому дальнейшее сопротивление послужит только к напрасному пролитию крови. Желая избегнуть этого, я предлагаю вам сдать крепость, обещая с моей стороны неприкосновенность всякой вашей и подчиненных ваших собственности. Если же парламентеры наши, которым дозволено оставаться на берегу не более двух часов, возвратятся без удовлетворительного с вашей стороны ответа, то военные действия тотчас же возобновятся».
Капудан-паша согласился направить двух чиновников на «Париж», но те не имели полномочий и лишь доставили пожелание вести переговоры. Туркам было предложено выслать представителей на корабль «Мария», стоявший в 400 саженях от крепости. Утром следующего дня Грейг прибыл на корабль, но капудан-паша, сославшись на болезнь, послал трех сановников. Старший среди них, Юсуф-паша, длинными речами старался затянуть переговоры. Очевидно, гарнизон рассчитывал на то, что крепость деблокируют.
Адмирал, прервав пустые разговоры, высказал прямое требование о сдаче и послал турок на берег за ответом, пригрозив, что после штурма не следует ждать снисхождения. Турки попросили отложить ответ до завтра. Грейг заявил, что попробует получить ответ Царя и в случае отказа сигналом возобновления боевых действий послужат две ракеты. На следующий день Иззет-Магомет сам встретился с Грейгом на борту «Марии». Адмирал уверенно вел переговоры. Он предъявил перехваченные письма, в которых капудан-паша и Юсуф-паша обращались за помощью к верховному визирю и описывали бедственное положение крепости. Капудан-паша отправился на берег, не получив дальнейшей отсрочки, которую он просил. В тот же день возобновились боевые действия.
8 сентября Николай I при рекогносцировке обнаружил пункт, с которого было удобно обстреливать крепость. Здесь моряки основали батарею из 4 24-фунтовых пушек.
Вскоре поступили сведения о движении турецких войск из Адрианополя к Варне, чтобы напасть с южной стороны на осаждавших. Ободренные неудачным поиском отряда русских войск, турки 12 сентября вышли из лагеря и при содействии вылазки гарнизона попытались прорвать блокаду, но были отражены. 18 сентября русские полки атаковали неприятельский лагерь, и хотя турки удержали позицию, но наступать более не решались.
21 сентября были взорваны две подземные мины; обрушилась часть стены с бастионом. Так как турки выказали готовность отразить штурм, 22 сентября Николай I вновь приказал предложить капудан-паше капитулировать, но безуспешно. Вскоре взрыв третьей мины разрушил приморский бастион.