Началась плотная осада города. Для разрушения стен и обстрела защитников было поставлено множество камнеметных машин. Самарканд был для своего времени большим городом, его окружность составляла примерно 11 км (считая с тогдашним, защищенным стеной, пригородом), а собственно город, то, что арабы называют мединой, а иранцы – шахристаном, имел периметр 6,5 км. Оборону города облегчало то, что с севера естественным рвом служило русло большого канала, впрочем, внешняя стена и с востока возвышалась над каналом. Город снабжался водой с юга, где через широкую ложбину был переброшен акведук из обожженного кирпича, по которому в свинцовом желобе текла вода. В руках арабов находился мощный рычаг воздействия на самаркандцев – возможность лишить город воды, отведя канал в сторону или просто разрушив акведук, но они не воспользовались им, в отличие от монголов, разрушивших акведук и обрекших древнюю часть города на запустение.
В осаде Самарканда активно участвовали хорезмийцы и бухарцы. Гурек даже послал Кутайбе упрек: «Ты сражаешься против меня при помощи моих братьев и родичей неарабов, выставь против меня арабов». Укол попал в больное место, и Кутайба начал штурм города силами отборных арабских войск. Когда им удалось захватить пролом в стене, согдийцы предложили прекратить бой и наутро вступить в переговоры о сдаче. Видимо, захват части городской стены достался арабам дорогой ценой, поскольку Кутайба принял это предложение. На следующий день Кутайба, как было договорено, с двумя тысячами воинов въехал через южные, Кешшские, ворота, пересек город и выехал через северные, Китайские, ворота, обозначив этим завоевание Самарканда. Затем Гурек устроил трапезу для победителей, и уж на сытый желудок был составлен договор, который стоит привести целиком, так как это единственный полный (или почти полный) текст подлинного договора подобного рода.