7 января перед Эрзерумской крепостью появилась и русская пехота. 4-я Кавказская стрелковая дивизия и 263-й пехотный Гу-нибский полк неожиданно вышли к крепостной позиции Девебой-ну, которую турки спешно очищали от снега.
Взять с ходу Эрзерум не представлялось возможным, хотя это выглядело весьма заманчиво. Проведенные по приказанию Юденича расчеты показали, что для штурма требовалось немалое количество боевых припасов, прежде всего артиллерийских снарядов. Пехотинцам пришлось экономить винтовочные патроны. Неприкосновенный же боезапас Кавказской армии находился на складах в Карсе, а на подвоз самого необходимого требовалось время.
Поэтому штурм Эрзерума на время откладывался. Тем временем в крепость продолжали стекаться остатки 3-й турецкой армии. Эрзерумская твердыня, хорошо защищенная самой природой, представляла собой довольно обширную укрепленную позицию, развернутую фронтом на восток. Ее уязвимым местом являлись только тыловые обводы. Через них противник мог блокировать город-крепость, но перед этим ему предстояло проникнуть на Эрзерумскую равнину.
Прибывший под Эрзерум генерал от инфантерии Н.Н. Юденич лично провел рекогносцировку крепости и посему мог убедиться в силе ее укреплений, особенно бастионов. После этого главнокомандующий отдал приказ о начале подготовки к штурму Эрзерума. По утвержденному им графику армейский воздухоплавательный отряд вел разведку ближних и дальних подступов к городу.
Офицер разведывательного отделения полевого штаба Кавказской армии подполковник Б.А. Штейфон, участвовавший в подготовке и проведении штурма Эрзерумской крепости, вспоминал о своем главнокомандующем:
«В действительности каждый смелый маневр генерала Юденича является следствием глубоко продуманной и совершенно точно угаданной обстановки. И главным образом, духовной обстановки. Риск генерала Юденича — это смелость творческой фантазии, та смелость, какая присуща только большим полководцам».
Началось обложение вражеской крепости. Русские выбили турок из окрестных селений и, пользуясь ночами, все ближе подбирались к ее фортам. 27 января главнокомандующий Кавказской армией подписал приказ о штурме вражеской крепости. Он гласил:
«...Используя захват массива Карга-базар, господствующего над левым флангом Девебойнской позиции, произвести стремительный удар в полосе Чабан-деде, Далан-гез, с одновременным наступлением 2-го Туркестанского корпуса со стороны Гурджибогазского прохода на Кара-гюбекскую позицию и обходом Девебойну своим правым флангом... разбить противника...»
Для проведения штурма выделялось 88 пехотных батальонов, 70 казачьих сотен, 10 дружин государственного ополчения, 4 саперные роты, 166 орудий, 50 полевых гаубиц и 16 тяжелых осадных мортир. Штурмующим противостояли примерно такие же по численности неприятельские силы — более 80 батальонов пехоты.
Приступ начался в два часа пополудни 29 января
Вражеский форт занял пехотный штурмовой отряд подполковника И.Н. Пирумова. С рассветом 1 февраля турки повели огонь по утраченному укреплению более чем из 100 орудий. Защитники форта оказались отрезанными от своих, и у них стали кончаться боеприпасы. Пять яростных атак было отбито ружейным и пулеметным огнем, шестую уже отбивали штыками. Перед седьмой атакой в строй встали даже раненые — турок вновь отбили штыковым ударом. Когда началась восьмая, к уцелевшим русским пехотинцам подоспела неожиданная помощь — неизвестный герой под вражеским огнем в вечерних сумерках вовремя доставил на ослах боеприпасы.
Из 1400 нижних чинов и офицеров полутора батальонов 153-го пехотного полка, оборонявших форт Далан-гез, в строю осталось всего около 300 человек, и то большей частью раненых. За ночь гарнизон укрепления усилили, а раненых эвакуировали.
Перелом произошел 1 февраля. В тот день русская пехота овладела последним из запирающих Гурджибогазский проход фортов. Войска Кавказской армии ворвались в Эрзерумскую долину. Воспрепятствовать этому турки не смогли, и теперь все свои усилия они сосредоточили на защите Девебойнской позиции.
Большой неожиданностью для главнокомандующего стало донесение авиаторов-разведчиков об оставлении турками собственно крепости Эрзерум. Все их силы были брошены в сражение за Девебойну. Юденич решил сыграть ва-банк — он переподчинил командиру 2-го Туркестанского корпуса генералу от инфантерии М.А. Пржевальскому колонны генералов Волошина-Петриченко и Воробьева, а также конницу полковника Раддаца, совершавшего рейд во вражеском тылу.
Пржевальский действовал решительно. 7 февраля русские войска ворвались в город Эрзерум. Вражеская крепость пала, а ее гарнизон капитулировал. В плен сдалось 137 офицеров и до 8 тысяч солдат, трофеями стало около 300 артиллерийских орудий.