В Вами остался резерв (2 роты и 15 орудий), 5 июля отряд подошел к селению Егян-батыр-кала, где встал на ночлег. На другой день Скобелев обошел вокруг крепости. В Геок-тепе находилось до 25 000 вооруженных текинцев.
Затем Скобелев вернулся в Вами. В конце июля текинцы начали вылазки, решив отрезать генерал-адъютанта от путей сообщения, овладев Вендесенским перевалом, а затем захватить Вами и уничтожить свезенные уже в него запасы. Для этого 30 июля 1880 г. выступила толпа джигитов из 4000 пехоты и 600 всадников. Но, встретив отряд полковника Вербицкого, шедший на Арчман, текинцы повернули обратно.
Уже в конце ноября 1880 г. в Вами и укреплении Опорное (бывший Коджа) удалось сосредоточить 5-месячный запас продовольствия на 8000 человек и 2-месячный на 4000 лошадей.
Обеспечив войска всем необходимым на срок значительно больший, чем это удалось сделать в 1879 г., Скобелев начал сосредоточение частей отряда. С 28 октября 1880 г. войска двинулись с Кавказа в Чикишляр и Михайловский залив. Но движение к Геок-тепе началось ранее сосредоточения в Вами всех частей отряда, так как Скобелев решил поставить в одном переходе от Геок-тепе укрепление, подвезти туда запасы и затем уже начать штурм крепости.
Число защитников Геок-тепе простиралось до 30 000, из них конницы до 10 000, число же всех жителей в крепости доходило до 45 000 человек. Текинцы имели около 5000 ружей, из них 600 скорострельных, одно медное 6-фунтовое орудие и два чугунных на станках. Холодное оружие — шашки и пики — имелось в значительном количестве. Постройка крепости была закончена, она стояла на довольно открытой равнине, изрытой канавами. Запасы хлеба почти отсутствовали, а фуража и топлива не имелось вовсе.
К 20 декабря большая часть действующего отряда собралась в Самурском. Здесь уже находились 38 рот, 11 сотен и эскадронов, 72 орудия и 11 ракетных станков (4880 штыков, 1175 шашек, 965 артиллеристов).
В Янги-кала (стоявшей в 1,7 км от крепости) устроили укрепленный лагерь, перевезя из Самурского орудия и все виды довольствия. Два дня, 21 и 22 декабря, производились новые рекогносцировки крепости: генералом Петрусевичем (6 сотен и эскадронов и 2 орудия) — восточного и северного фронтов и лично Скобелевым (1 батальон, 1 сотня, 1 орудие) — западного и южного.
Начав осаду, Скобелев опасался, что джигиты уйдут из крепости в пески или к Асхабаду. Это бегство могло разрушить все планы по решительному удару. Поэтому кавалерия генерала Петрусевича (дивизион драгун и по сотне Таманского, Полтавского и Лабинского казачьих полков) с конно-горным взводом стала у садов Джула-кала.
На рассвете 23 декабря колонна атаковала сады, но-взять их не удалось. В атаке погибли генерал Петрусевич, 2 штаб- и обер-офицера и 12 рядовых и получили ранения: 1 обер-офицер и 37 нижних чинов.
Вечером 28 декабря около 4000 текинцев Тыкма-сердара стремительно напали с одним холодным оружием на правый фланг осадных работ и в охват его. Текинцы, сбив две передовые роты, овладели всем флангом, в то время как другая их толпа шла в обход, к лагерю.
Но вскоре подошла 3-я рота Закаспийского батальона. В 7–10 минут русские вернули назад позиции. Джигиты поспешно отступили в крепость, прихватив с собой орудие с двумя ящиками и знамя Апшеронского полка.
Этот бой оставил у русских гнетущий осадок, противник же возликовал. Осадные работы подвигались, тем не менее, быстро.
Чтобы сгладить впечатление неудачи 28 декабря, Скобелев приказал взять штурмом три Великокняжеских калы. Приказ этот исполнили. Текинцы, в свою очередь, провели еще два нападения вечером 30 декабря, столь же успешные, как и ранее (русские потеряли убитыми и ранеными 150 человек и 1 орудие). Затем, 4 января, текинцы провели свою последнюю вылазку на мортирную батарею левого фланга, отраженную со столь значительным уроном (большим, чем за все время осады), что в дальнейшем они уже более не повторялись.
Затем спешно укреплялись фланги. Скобелев, опасаясь, что слух о захвате текинцами знамени и двух орудий неблагоприятно отзовется в тылу, приказал работать еще с большей энергией, и 12 января войска двинулись на приступ.
Движение колонны Гайдарова приковало к ней внимание текинцев, все их начальники собрались на углу. В 11 часов 20 минут взорвали мину. Впечатление было ужасным. После взрыва артиллеристы обстреляли северо-восточный угол и северную часть крепости, а колонна полковника Куропаткина, разделенная на три части, бросилась на штурм обвала.
После короткого, но упорного рукопашного боя текинцев удалось сбить с обвала, а затем, когда русские войска ворвались внутрь крепости и овладели участками стены по обе стороны обвала, джигиты начали медленно отступать к северо-западному углу крепости и холму Денгил-тепе, но Куропаткин быстро овладел им.