Подготовительные мероприятия проводятся очень тщательно. Войска обеспечены теплым обмундированием, белыми маскхалатами, сибирскими палатками и боеприпасами в достаточном количестве. Работа военной контрразведки заслуживает отдельного обстоятельного рассказа, но наибольший интерес представляют меры, принятые ею для сохранения в секрете готовящейся операции. О готовящемся наступлении известно лишь нескольким ближайшим помощникам Юденича. Из всех командующих соединениями только Воробьев ознакомлен с планом, и то в части его касающейся. Всем остальным говорится, что от успеха действий именно их войск будет зависеть успех всего сражения. Командиры будут убеждены, что именно им доверено нанесение решающего удара. Чтобы скрыть от турок сосредоточение войск, передислокацию частей, смысл которых непонятен до конца исполнителям, действовать приходится в темное время суток. Чтобы убедить противника в том, что численность русской группировки в районе Сонамера сокращена, несколько батальонов оставляют позиции в дневное время. Ночами они возвращаются на место. Распространяются ложные слухи об отправке значительных сил в Персию. 4-я Кавказская стрелковая дивизия получает по радио приказ открытым текстом об убытии в Сарыкамыш для последующей передислокации в Персию, и один батальон туда действительно отправляется. В войсках усиленно ведутся разговоры о невозможности проведения зимой крупномасштабных наступательных операций, женам офицеров разрешается приехать к мужьям в Карс. В частях идет активная подготовка к праздникам, а в Тифлис направляются команды для закупки подарков. И вдруг, за два дня до начала наступления, армия оказывается оторванной от тыла. На передовую добраться есть возможность, но покинуть ее ни под каким предлогом нельзя. То же самое происходит и в отношении почтовой корреспонденции. Ни один агент не может своевременно оповестить противника. Принятые меры окажутся весьма эффективными. Турки ни о чем не догадываются, и Махмуд-Камиль-паша со спокойной душой отправляется в отпуск в Константинополь.
Приказ о начале наступления поступает в войска в последний момент. 2-й Кавказский армейский корпус выступает на рассвете 11 января. Его продвижение замедляют глубокий снег и упорное сопротивление противника, части несут большие потери. В ночь на 13-е начинает наступление 1-й Кавказский армейский корпус. Завязываются жестокие бои, темпы продвижения замедляются. В корпусе много убитых и раненых. «Азапкойское плато, на котором атаковали Бакинский и Елизаветпольский полки, было покрыто трупами храбрецов 39-й пехотной дивизии. За два дня боев 153-й пехотный полк потерял 50 процентов офицеров и более 2000 солдат» (Масловский). Командир 1-го корпуса сетует на большие потери среди подчиненных, но Юденич, сохраняя хладнокровие, требует продолжать атаковать «любой ценой». Упорство генерала вознаграждено. В сражение введены резервы 9-го корпуса, вслед за основными силами 12-го. Турки решительно атакуют, и на некоторых участках фронта для нас складывается критическая ситуация. 13 января, когда почти все части 12-го корпуса уже введены в бой, Воробьев получает приказ идти на прорыв. На следующий день, после тяжелых боев, он удается. 17-го Воробьев глубоко вклинился в турецкую оборону. Ближе к вечеру он овладевает Кепри-Кеем. Эта новость быстро распространяется по турецким частям и производит ошеломляющий эффект. По всему фронту противник оставляет позиции. Сибирские казаки, атакуя в конном строю, сеют панику в турецком тылу. Они рубят шашками всех, кто попадается под руку, и захватывают тысячи пленных. 19 января русские вступают в Хасан-Калу.
3-я армия разгромлена и раздроблена на части, она понесла очень тяжелые потери, моральный дух солдат и офицеров оказался подорван. Преследование разбитого противника приводит русских под Эрзерум. Возникает вопрос о взятии города.