Вместе с корпусом к Варне прибыла первая русская ракетная рота под командованием подполковника В. М. Внукова. Рота состояла из 6 офицеров, 17 фейерверкеров и 300 рядовых (в том числе 60 нестроевых). На вооружении роты состояло: шесть шеститрубных станков для 20-фунтовых ракет, причем «станки сии построены на манер наших по причине той, что оные во всем превосходнее английских», шести треножных станков для 12-фунтовых ракет и шести таких же станков для 6-фунтовых ракет. Ко всем видам станков полагалось по два запасных станка.
Ракетная рота получила первое боевое крещение под Варной 31 августа во время атаки турецкого редута Я. Она располагалась тремя батареями: первая около редута 11, вторая между редутами 2 и 10 и третья на правом фланге параллели. По условному сигналу 45 полевых орудий, ракетная рота, линейный корабль и два бомбардирских судна одновременно открыли огонь по крепости и редуту Р. Под прикрытием этого огня 300 охотников Симбирского полка под командованием штабс-капитана Сульженко обошли турецкий редут Р и овладели им атакой с тыла.
Для деблокировки Варны с юга подошел 25-тысячный корпус Омера-паши. 16 сентября Омер-паша атаковал южную позицию русских под Варной, которую занимал отряд генерал-адъютанта К. Бистрома. После четырехчасового боя Омер-паша отошел. В этом бою вновь отличилась наша ракетная батарея.
Осада Варны продолжалась. Параллельно с непрекращающимися бомбардировками русские начали минную войну. К 20 сентября были заложены мины под 1-й и 2-й бастионы, которые после их взрыва 21 и 22 сентября образовали широкие и удобные для атаки обвалы. 25 сентября русские войска штурмом овладели 1-м бастионом и установили на нем сильную батарею для флангового обстрела крепостных батарей. Турецкий гарнизон предпринял яростную контратаку и отбил 1-й бастион, но дальнейшее продвижение было остановлено картечным огнем русской артиллерии. Однако, несмотря на некоторый успех контратаки, положение турецкого гарнизона было тяжелым. Это вынудило турецкое командование пойти на переговоры, которые закончились 29 сентября капитуляцией турецкого гарнизона Варны. Всего русские войска взяли в плен до 6 тысяч человек, захватили 178 орудий и большое количество боеприпасов.
Решающую роль в победе под Варной сыграла русская артиллерия. Наряду с пушками осадной артиллерии калибров 18 и 24 фунтов на сухопутных батареях были установлены корабельные пушки калибров 24, 36 и 48 фунтов. Всей сухопутной и корабельной артиллерией, действовавшей на суше, было выпушено по крепости Варна 48 898 снарядов и израсходовано 9163 пуда (150 т) пороха. Кроме того, корабли Черноморского флота выпустили по крепости 59043 снаряда и израсходовали 11 957 пудов (196 тонн) пороха. Всего же при осаде Варны израсходовано 107 941 снаряд и 21 120 пудов (346 т) пороха.
При осаде Варны получила первый боевой опыт ракетная рота, которая применялась для стрельбы по крепости и в полевом бою. Наиболее эффективные дальности стрельбы по опыту применения ракет под Варной устанавливались следующие: для 36-фунтовых ракет — 1000—2000 м, для 20- и 12-фунтовых ракет — 900—1400 м. Всего в кампанию 1828 г. было израсходовано 811 боевых и 380 зажигательных ракет, причем большинство из них — при осаде Варны.
Успех под Варной резко контрастировал с неудачей русской армии под Силистрией. Крепость была осаждена II корпусом, но взять ее без осадной артиллерии оказалось невозможно. Риторический вопрос, а каким местом думали наши генералы, планируя ее осаду? Когда же в конце октября прибыла осадная артиллерия, оказалось, что у нее не хватает снарядов... Осаду Силистрии 27 октября пришлось снять.
Еще раньше, 3 октября, пришлось отступить от крепости Шумла. Отход этот едва не превратился в катастрофу благодаря неотступному преследованию турецкой конницы, с которой наша безлошадная кавалерия совершенно не могла совладать. Наш III корпус после тяжелого боя был вынужден бросить все свои обозы.
Кампания 1828 г. была проведена в высшей степени бездарно. Начата она была заведомо недостаточными силами и по переходе Дуная свелась к одновременной осаде трех крепостей, непроизводительной трате времени и разброске сил. Из этих трех осад лишь одна была доведена до конца, две другие закончились чуть ли не катастрофой. Присутствие в армии Николая I и его непрофессиональные, мягко говоря, приказания дезорганизовали армию. Главнокомандующий армией Витгенштейн был практически лишен власти и, как остроумно заметил историк А. А. Керсновский, «низведен до положения лица, официально ответственного за все неудачи»
9 февраля 1829 г. на место Витгенштейна был назначен генерал от инфантерии граф И. И. Дибич. Приняв армию, Дибич деятельно стал приводить ее в порядок и устраивать ее тыл. Прежде всего он вошел в соглашение с флотом, посредством которого должно было вестись довольствие армии. Высаженный десант занял на болгарском побережье Сизополь, где и была устроена главная база. Попытки турок отобрать Сизополь были отражены.