Противник неоднократно пытался помочь осажденным. 10 июня на лагерь напал ханский сын Нуреддин с тысячей всадников. Против него Шеин выслал дворянскую конницу и калмыков. Татар разгромили и прогнали на Кагальник, сам Нуреддин был ранен калмыком Дигилеем и едва не попал в плен – выручил телохранитель, отдавший ему коня. Было еще 5 налетов, но все они кончились поражениями нападавших. 14 июня с моря явился анатолийский паша Турночи с эскадрой из 20 кораблей и фрегатов и 3 галер. Привез припасы, 4 тыс. янычар. Однако увидел русский флот, береговые батареи и остановился. Атаковать не решился, некоторое время постоял без дела и ушел восвояси. К 16 июня шанцы подвели уже вплотную ко рвам, внешние валы Азова были разбиты. Туркам предложили сдаться – они ответили выстрелами по парламентеру. Но штурмовать каменные стены и башни, которые не брали ядра, Шеин все равно не стал. Он велел насыпать огромный вал вокруг города. И придвигать его – перейти таким способом ров и достичь стен. 23 июня работа закипела, посменно трудились 15 тыс. человек. Иностранные специалисты не понадобились, бранденбуржцы приехали только 25-го, а австрийцы 11 июля, накануне падения Азова. Им осталось только дивиться масштабам работ и давать советы по мелочам.
Шереметев со своим отрядом 6 июля соединился на Днепре с Мазепой. Конечно, они понимали, что с наличными силами было бы безумием не только брать Очаков, а даже и соваться к нему. Поэтому ограничились демонстрацией, дошли до р. Берестовой и встали там укрепленным лагерем. А многочисленные «чайки» запорожцев вышли в море. Захватили 20 судов с хлебом, припасами и пушками, шедших в Очаков и для восстановления крепости Кызы-Кермен.
Царь под Азовом вел себя, как и прежде. Ходил в море, бывал в траншеях под огнем, пировал с любимцами. Но Шеин свое дело знал и исполнял. Вал приближался к стенам, сравнялся с ними по высоте. На его вершине установили батареи, которые простреливали весь город и наносили осажденным большие потери. На всякий случай копались и три мины. Гарнизону на стреле перебросили предложение о сдаче на условиях свободного выхода. Он ответил усиленной пальбой. К середине июля русские пушки разбили угловой бастион. А вал преодолел ров и подошел так близко к крепости, что «возможно было с неприятелями, кроме оружия, едиными руками терзаться». 17-го числа 2 тыс. украинских казаков перебрались с вала на башню и выбили из нее янычар.
Многие начальники предлагали воспользоваться моментом для штурма. Шеин от экспромта воздержался. Он лишь придвинул полки к городу, изображая подготовку к атаке – чтобы отвлечь турок от казаков. Украинцы 6 часов держались в башне, а ночью генералиссимус послал к ним гренадеров, прикрыть отступление и вывезти трофейные пушки. Он не желал нести лишние потери в уличных боях. И оказался прав. Легкость вторжения казаков убедила осажденных, что стены уже не являются преградой, и город обречен. 18 июля начальник гарнизона Гассан-бей преклонил знамена, соглашаясь на переговоры. Условия выработали быстро. Туркам разрешалось уйти с личными вещами, а всю артиллерию и припасы они оставляли победителям. Шеин согласился даже подвезти их на русских судах до Кагальника, где стояли татары. Спор возник лишь насчет перебежчика Янсена. Он успел «обасурманиться» – совершить обрезание и перейти в ислам, был принят в янычары, и Гассан не хотел его выдавать. Но тут уж Петр был неумолим, угрожая разрывом переговоров и штурмом.
Туркам пришлось смириться. 19 июля состоялась церемония сдачи. Защитники и жители выходили из крепости и грузились на лодки и струги. От гарнизона осталось всего 3 тыс. человек. Гассан-бей покинул Азов последним, сложил к ногам Шеина 16 знамен, преподнес ключи и поблагодарил за честное выполнение договора. Петр на церемонии не присутствовал, справедливо уступив честь победы генералиссимусу. В Азове было найдено большое количество продовольствия – зерна, рыбы, муки, копченого мяса, 96 орудий, много пороха в 3 погребах. Сопротивляться можно было еще долго, если бы не продуманные и умелые действия осаждающих.
Азов было решено удержать в составе России. И на следующий день после его взятия инженер Лаваль начал составлять план восстановления укреплений. И снова закипела работа, теперь по ремонту твердыни. К середине августа Азов снова стал боеспособной крепостью, над прежними православными храмами, превращенными в мечети, поднялись кресты. Кстати, при ремонте руин были обнаружены две иконы, Св. Иоанна Крестителя и Знамения Пресвятой Богородицы. Видимо, оставшиеся со времен казачьего Азовского сидения в 1641 г. То ли были погребены под завалами при тогдашних бомбардировках, то ли кто-то из казаков в трудную минуту спрятал святыни. Теперь же в результате артиллерийских обстрелов они чудесным образом открылись, что было сочтено добрым знаком.