Действия начались с захвата Кольбергского леса, после чего неприятель был плотно заперт в своём лагере. 2 сентября оставленная в Руммельсбурге бригада Неведомского присоединилась к осаждающим. Кроме того, Румянцев рассчитывал на помощь и со стороны небольшой шведской армии, которую старался привлечь состоявший при ней французский военный агент Коленкур. Но шведы вели себя высокомерно, предлагали только советы, да ещё 2–3 тыс. чел., находившихся к тому же на большом отдалении. Румянцев опасался, как бы при такой ничтожной помощи они ещё и не присвоили бы себе всю честь победы. Поэтому он ограничился лишь тем, что просил их маневрировать на путях сообщения пруссаков. В общем, от них не оказалось никакой пользы.
4 сентября Румянцев перевёл свои войска на осадные позиции и с 6-го до 12-го вёл непрерывный обстрел лагеря и города. Было уже холодно, осаждающие, чтобы хоть немного согреться, рыли для себя в землянки.
12 сентября разведчики донесли о движении кавалерии по дороге Кольберг-Трептов. Это оказался арьергард генерала Вернера (2 тыс. всадников, 300 пехотинцев, 6 пушек), который вышел из лагеря и занял Трептов с ближайшими окрестностями. Вернер, несомненно, считал более выгодным действовать в тылу у осаждающих, чем терпеть бомбардировку лагеря, и так уже загромождённого войсками принца Вюртембергского. Румянцев незамедлительно приказал стоявшему на левом фланге генералу Бибикову атаковать неприятеля. Бибиков передал командование своей пехотой генералу Дурново и во главе драгун и казаков, поддержанных всего лишь двумя гренадерскими батальонами, обложил Трептов со всех сторон. Затем, воспользовавшись возникшей у неприятеля паникой, выстроил оба батальона в штурмовые колонны, захватил город и укрепился в нём, после чего с казаками и драгунами ринулся на соседние деревни, выбросил оттуда пруссаков и преследовал их до Грейфенберга. Он взял в плен самого генерала Вернера, 8 офицеров, 524 солдата и трофеи: 6 пушек, 20 провиантских фур и 200 лошадей. Кроме того, неприятель потерял 600 чел. убитыми и ранеными. У русских же выбыло из строя всего 5 офицеров и 100 рядовых. Всех пленных посадили на корабли эскадры. Адмирал Полянский настоял на том, чтобы Вернера не отпускали «на пароль», поскольку, по его словам, наши пленные офицеры
Бибиков укрепил Трептов и оставил там небольшой гарнизон для наблюдения за подходом к неприятелю подкреплений и подвозом припасов из штеттинского гарнизона в Кольберг. Однако позднее русские войска ушли из Трептова.
Отчаянная попытка Вернера вырваться из города хорошо показывает положение осаждённых, которым уже недоставало провианта и которые оказались под перекрёстным огнём союзного флота и батарей Румянцева. Однако положение русского командующего было тоже не из простых. Кольберг и лагерь принца Вюртембергского образовывали как бы одну большую крепость. По всем фронтам лагерь был защищён батареями для перекрёстного огня, глубокими рвами, насыпями с палисадами, редутами, волчьими ямами и заряженными фугасами.
14 сентября на военном совете князь Долгорукий предложил произвести после непрестанного бомбардирования ночной штурм четырьмя колоннами. Его поддержали генералы Неведомский, Брандт, Дурново и Ельчанинов. Девиц и Кошкин высказались против приступа в пользу плотной блокады, поскольку, по их мнению, крепость с таким сильным гарнизоном можно взять лишь измором.
Сам Румянцев склонялся к штурму. Он приготовил всё для двойного приступа, который должен был начаться 18 сентября в половине пятого утра атакой Неведомского и Шульца на редуты Феракшанце и Грюненшанце. Неведомский взял Феракшанце, захватив 15 пушек и 200 пленных, но колонна Шульца сбилась с пути и опоздала. Приступ возобновился 19-го в половине третьего ночи. Раненого Неведомского заменил Дурново, которому предстояло штурмовать Штерншанце — звёздообразный редут, прикрывавший морской берег; атаку на Грюненшанце вёл полковник Попов. Дурново повторил ошибку Шульца; Попов сначала добился успеха и тоже взял 200 пленных, но, вовремя не поддержанный, под яростным натиском присланных принцем Вюртембергским подкреплений на рассвете очистил Грюненшанце, хотя Румянцев и послал к нему ещё два полка. Попов понёс серьёзные потери — почти 3 тыс. чел. Румянцеву оставалось утешаться только тем, что, как написал он в своём донесении, «гренадеры и солдаты сражались как львы».