Русские оборонялись с необычайным мужеством и стойкостью. Они не укрывались постоянно за городскими стенами, но очень часто выходили из города и сражались с греками в открытом поле. Русская кольчужная рать обыкновенно выступала из города и, закрывшись своими длинными щитами, стеною шла на неприятеля. Ничто не могло устоять против могучего напора этого железного строя, но Цимисхий недаром слыл искусным вождем: он и его полководцы умели внезапными нападениями с боков и с тыла, стремительными налетами отрядов конницы расстраивать сомкнутый строй русских воинов и принуждали их отступать. Руссы не обращались в бегство, но, закинув за спину свои огромные щиты, медленно шли к городу. Ночью иной раз выходили в поле, подбирали тела убитых товарищей и сжигали их на кострах; при этом закалывали в жертву своим богам многих пленников, убивали, по своему обычаю, и женщин (вероятно, жен более знатных покойников). Кроме того, приносили в жертву младенцев и петухов, которых погружали в Дунай. Погребальные обряды они сопровождали дикими воплями и плачем в честь покойников. Есть известие, что греки в числе убитых русских находили женщин, они в мужской одежде шли за своими мужьями в сражения.
Греки установили метательные машины, кидали тяжелые камни в город и убивали многих осажденных. Русские в свою очередь делали по ночам вылазки, старались уничтожить эти машины и добыть в окрестных селах съестные припасы: в них уже чувствовался недостаток. Иной раз вылазки эти были удачные и производили в греческом стане большой переполох.
Два месяца с лишком длилась осада Доростола. Многих храбрых дружинников не стало; погибли в бою и лучшие русские воеводы. Приуныли храбрые воины Святослава. Созвал он на совет своих воевод и старших дружинников и спросил, как быть, что делать. Кто советовал в глухую ночь, в удобную пору, спасаться бегством, кто думал, что лучше заключить мир с императором. Но не по душе Святославу были такие советы: жизнь, спасенная бегством или купленная ценою унизительного мира, не привлекала его. Его мнение было – или победить, или погибнуть славною смертью в бою.
Опять начались отчаянные схватки. В одной из них греческий витязь, одаренный необыкновенною силою, заметил в толпе русских воинов Святослава, ринулся к нему, мечом своим проложил себе путь к русскому князю и нанес ему страшный удар в плечо. Святослав упал – так силен был удар. Но щит и крепкая кольчуга спасли его. Греческий витязь погиб под ударами русских. Смерть этого богатыря поразила греческих воинов страхом. Руссы стали теснить их. Плохо приходилось грекам. Император увидел опасность, велел ударить в бубны и трубить в трубы, а сам с копьем в руках во главе своего отряда «бессмертных» (так назывался отряд лучших воинов в греческом войске) понесся на русских. Бой загорелся с прежним ожесточением. Греческая рать, воодушевленная своим вождем, сильно напирала на руссов. На беду для них, вдруг поднялась сильная буря, ветер дул им прямо в лицо, облака пыли неслись им в глаза. Между тем один отряд греков зашел в тыл русскому войску и грозил отрезать его от города – пришлось поспешно отступить. Сам Святослав, израненный, истекающий кровью, едва спасся от плена…
Дольше сопротивляться нельзя было. В Доростоле настал голод. Приходилось мириться. Цимисхию тоже было нелегко продолжать войну: греки были изнурены продолжительными битвами и сильно желали мира. Русский князь обязался выдать всех пленных греков, сдать Доростол и уйти из Болгарии; обязывался он и вперед не начинать войны с греками и даже мешать нападению других племен на Грецию. По обычаю, руссы должны были клясться Перуном и Волосом, что они будут точно соблюдать договор. Святослав пожелал повидаться с императором. По словам одного греческого писателя (Льва Диакона), свиделись они на берегу Дуная. Цимисхий, верхом на богато убранном коне, в раззолоченных доспехах, окруженный блестящей свитой, подъехал к берегу Дуная, а Святослав подплыл на простой ладье, сам управляя веслом наравне с другими гребцами.
С любопытством смотрели греки на страшного для них Святослава. От них узнаем мы о наружности его. Это был человек среднего роста, коренастый, широкоплечий. Голова у него была бритая, с темени свешивался пук волос (означавший благородство), в одном ухе висела золотая серьга, украшенная двумя жемчужинами и рубином посредине. Лицо его было мрачно. Сурово глядели его голубые глаза из-под густых бровей, нос был несколько плоский, борода бритая, усы длинные. Одежда его поразила греков своей простотой – белая рубаха его отличалась от одежды других его товарищей только большей чистотой. Свидание его с императором продолжалось недолго.