После взятия Азова перешло в него и главное войско Донское. Приехали жены казачьи, и казаки прочно стали устраиваться в крепости. Прежде всего, они восстановили уцелевшие с древних времен греческие храмы св. Славного пророка, Предтечи и Крестителя Иоанна и святителя Николая Чудотворца.
К началу осады в крепости собралось свыше 7590 человек. Против защитников Азова султан двинул лучшие полки своей регулярной армии. Всего 300 тысяч человек. В распоряжении турок находилось 850 пушек с изобилием боевых припасов. На море перед донскими гирлами легло до 300 линейных кораблей.
Последовавший жестокий приступ турецких вояк встретил твердое сопротивление. Штурмы турецкие все не прекращались. На место убитых шли новые, и атака шла за атакой до самой темноты. Ночью турки отхлынули. Бой прекратился. Когда утренняя заря осветила место боя, везде лежали убитые и раненые. Казаки убили в этот день не меньше 10 тысяч.
Два дня турки хоронили убитых. Тихо было в их пестром и горделивом лагере. На третий день турки приступили к правильной осаде Азова. В продолжение трех дней тысячи рабочих копали землю и насыпали валы. На глазах у казаков вал поднимался все выше и выше и стал уже выше стен азовских. Тогда казаки горячо помолились и, попрощавшись друг с другом, вышли всем отрядом в 7000 человек и бросились на 300-тысячное турецкое войско.
Вот как описывает эти события их участник казак Федор Иванович Порошин: «Увидели мы ту гору высокую, горе свое вечное, смерть нашу, и, прося у Бога милости и у Пресвятой Богородицы помощи, призывая на помощь чудотворцев московских и учиня промеж себя надгробное последнее прощание друг с другом и со всеми христианами православными, малою своею дружиною в семь тысяч пошли из града на прямой бой против их трехсот тысяч.
Господь Сотворитель, Небесный Царь, не выдай нечестивым создания рук Своих: видим пред лицом смерть свою лютую. Хотят нас живых покрыть горою высокою, видя малочисленность нашу и безсилие, видя, что нас в пустынях покинули все христиане православные, убоявшись их лица страшного и великой силы турецкой. А мы, бедные, не отчаялись в Твоей к нам Владычней милости, ведая Твои щедроты великие, за веру христианскую помираючи, бьемся против трехсот тысяч за церкви Божии, за все государство Московское и за имя царское.
Положа на себя все образы смертные, выходили мы к ним на бой и единодушно крикнули, выйдя к ним: «С нами Бог, разумейте, языцы неверные, и покоряйтеся, яко с нами Бог!»
Услышали неверные из уст наших то слово, что с нами Бог, и не устоял впрямь ни один против лица нашего — побежали все от горы своей высокой. Побили мы их в тот час множество, многие тысячи».
Атака казачья была так стремительна, что турецкие полки побежали. В эту вылазку казаки отняли несколько знамен и побили множество турок. Кроме того, взяли 28 бочек пороха, которым тут же подорвали турецкий вал.
Турки отошли дальше и принялись насыпать валы еще больше первого. На пять верст тянулся новый вал. Целые горы воздвигались вокруг Азова, на горы эти ввозили тяжелые пушки и устанавливали их против города.
Началась бомбардировка. Она длилась 16 дней и 16 ночей. Турецкие ядра разрушали стены, ломали дома, валили башни. Все постройки были снесены до основания, и только уцелела церковь Святого Николая Чудотворца.
Тяжело было казакам. Но не легче было и туркам. Турки несли огромные потери.
В сентябре месяце турки решили взять казаков измором. В продолжение двух недель он каждый день посылал по 10 000 человек на штурм, сменяя штурмующих каждый день. И днем и ночью вели непрерывную стрельбу по крепости. Последние силы истощались у казаков.