В середине октября вооруженные силы Армении начали очередное наступление в районе населенного пункта Горадиз, расположенного на иранской границе. 23 октябре армянские части при поддержке 12 танков начали штурм Горадиза. Заняв этот важный транспортный узел, армяне отрезали Зангеланский район и ранее неоккупированную часть Джебраильского и Губадлинского районов от остальной территории Азербайджана. Оставшиеся в окружении немногочисленные подразделения зангиланского полка не смогли удержать растянутую линию фронта. Нанеся удар со стороны Кафана и Мегри с территории Армении, армянская бронетанковая колонна (до 40 единиц бронетехники) заняла 28 октября железнодорожную станцию Миндживан, а утром 1 ноября — райцентр Зангилан и прилегающие населенные пункты. Личный состав зангиланского полка отошел в Иран, переправившись вместе с боевой техникой и вооружением через реку Аракс.
Последняя фаза Карабахской войны оказалась самой кровавой. В бой были брошены десятки тысяч молодых необстрелянных призывников. Численность азербайджанской армии была доведена до 100 тысяч, а армянской — до 35 тысяч человек.
Большинство армянских солдат были выходцами из Армении, чьи попытки отрицать, что она ведет войну с Азербайджаном, уже никого не убеждали. В любом случае карабахский армянин Серж Саркисян в августе 1993 г. стал министром обороны Армении, после чего грань между воюющими силами Армении и Нагорного Карабаха окончательно стерлась. В 1994 г. сотрудники правозащитной организации «Хьюман райтс уотч» опросили военнослужащих на улицах Еревана: 30 % опрошенных служили в регулярной армии Армении и воевали в Карабахе. Азербайджан призвал в свою армию от полутора до двух с половиной тысяч афганских моджахедов. Официальные лица отрицали их присутствие, но длинноволосые бородатые бойцы, некоторые в традиционной афганской одежде, так часто появлялись в Баку, что их участие в боевых действиях было секретом Полишинеля.
Ожесточенные бои возобновились в декабре 1993 г. Армяне попытались продвинуться к востоку от Физули, но столкнулись с беспрецедентным сопротивлением и вынуждены были отступить. После этого Азербайджан атаковал на трех фронтах. Наступление на северо-востоке Нагорного Карабаха вынудило армян оставить ряд поселков в Мардакертском районе. На юго-востоке Азербайджан 6 января вернул железнодорожный разъезд Горадиз на Араксе и продвинулся на север в сторону Физули.
Крупнейшее азербайджанское наступление состоялось в новом 1994 г. на северо-западе. Эта кампания, ставшая самой кровавой за всю историю Карабахской войны, меньше всего освещалась прессой. Наступление развернулось в условиях жестокой зимы на опустошенной территории, которую покинуло все гражданское население. Оно началось, когда крупные войсковые силы переправились через высокие Муровские горы и Омарский перевал и двинулись в Кельбаджарский район. Поначалу азербайджанцы, которым на поле боя противостояли необученные призывники армянской Ванадзорской дивизии, добились быстрого успеха. 24 января они объявили об окружении и почти полном уничтожении армянского батальона численностью 240 человек близ поселка Чарплы.
К первой неделе февраля азербайджанцы вплотную приблизились к городу Кельбаджар. Однако они уже сильно оторвались от своих тыловых позиций, оставшихся по ту сторону Муровских гор, а армяне уже успели подтянуть для укрепления своих позиций более опытные части из Карабаха. 12 февраля армяне под сильным снегопадом перешли в контратаку. Азербайджанцы в панике бросились отступать, и в ходе этого отступления сотни молодых солдат замерзли до смерти или пропали без вести. К 18 февраля азербайджанские части отступали через Омарский перевал.
Две азербайджанские бригады оказались в окружении и попытались с боями прорваться на север через узкий перевал. Армяне обрушили на окруженные части шквальный огонь ракет «Град». Результат этого обстрела был ужасающий: в этой атаке они уничтожили до полутора тысяч солдат. Спустя несколько лет те, кто посещал Кельбаджарский район, находили в горах замерзшие трупы. Позже армяне собрали сотни военных билетов молодых азербайджанских солдат, погибших на Омарском перевале. Съемочная группа армянского телевидения засняла одну из самых щемящих иллюстраций той войны: ворох красных военных билетов, вываленных на длинный деревянный стол, — единственное, что осталось от десятков погибших молодых азербайджанцев.