C 30 октября по 5 ноября русские вели интенсивную бомбардировку. Штурм собирались начать несколько раньше, но отложили из-за плохой погоды. В ночь на 6-е число приготовили массированную атаку всеми силами. Из пехоты формировались штурмовые колонны, которые усиливали саперами для подрыва укреплений, пролома стен, подрыва дверей, крыш. На случай, если придется уходить с захваченных позиций, с собой взяли артиллеристов с орудийными передками (двухколёсными повозками — прим. ред.) — они должны были немедля утащить трофейные орудия, либо развернуть их на противника. Каждой колонне придавали местных жителей в качестве проводников, а чтобы их не опознали в таком качестве и не подстрелили, их одели в русские шинели. Еще одна важная мера: русские намеревались жечь костры вдоль маршрута, по которому войска уже пройдут. Дело в том, что штурм планировался в темное время, и командиры боялись, что по темноте не получится быстро эвакуировать раненых.
По соображениям секретности, до войск довели приказы только незадолго до наступления. Около 4 часов пополудни бойцам велели проверить оружие и переодеться в чистое. Бойцов как следует покормили за несколько часов до атаки. В семь вечера все были готовы. В восемь вечера колонны выступили.
Ночь была превосходная для атаки — мороз, тусклый лунный свет. Колонны шли молча, на подходе к стенам они разделились на небольшие группы. Тишину нарушала только редкая стрельба впереди — это охотники развлекали турецких часовых.
В крепости царило спокойствие: турки привыкли к постоянным обстрелам и не восприняли шевеление за стенами как что-то опасное. Когда часовые подняли тревогу, русские уже преодолели почти все расстояние до крепости. Прятаться стало бессмысленно, и под треск винтовок и рев тысяч глоток «Ура!» штурм начался.
Часть редутов стремительно очистили штыками. Однако турки быстро пришли в себя и открыли огонь. В одном из штурмовых отрядов последовательно погибли оба командира, а их солдаты залегли под огнем. Однако охотники, за время рейдов изучившие местность, захватили одну из флешей. В это время одна из колонн в темноте сбилась с пути и вышла на турецкие укрепления наобум. Вместо укрепления Канлы (южный угол крепости) она атаковала лагерь значительно правее. Однако здесь солдаты и офицеры быстро сориентировались, не отвечали на огонь турок, которые посылали пули в темноту, и сумели подойти к батареям османов в упор. Штыковая атака обрушилась на турок из собственного рва, и батальон капитана Малашевского ворвался в Карс. Это была личная инициатива Малашевского: он просто понял, что план, как обычно бывает, не выдержал столкновения с противником, и правильно рассудил, что всегда будет прав, если возьмет ближайшее укрепление на штык. Началась резня, во время которой Малашевский с огромным трудом собрал часть своих людей. К счастью, до капитана-берсерка неведомо как добрался адъютант, сориентировавший его и двинувший приблизительно к запланированной цели. В это время ту половину батальона, которую он в темноте не отыскал, возглавил штабс-капитан Аракчеев, который принялся просто пробиваться на улицы, истребляя всех, кого встречал по дороге. В процессе он случайно рассеял неприятельский конный резерв.
Другая колонна сидела в захваченной флеши возле укрепления Канлы и не могла пробиться вперед. Попытка обойти турецкое укрепление не удалась, и колонна оказалась в отчаянном положении. Турки начали контратаку, и Лорис-Меликов, узнав о критической ситуации, бросил туда резервы. В критический момент боя в тыл Канлы въехал конный отряд, за ним туда смогла пробиться пехота, и турок загнали в капитальную каменную казарму, откуда начали выкуривать. В конце концов полковник Бульмеринг уговорил турок сдаться: он в одиночку вошел в укрепление и заявил, что соседние укрепления пали. Турки действительно не услышали оттуда стрельбы и поняли, что сопротивление бесполезно.
Что же, собственно, произошло? Пока штурмовали Канлы, восточнее шло отдельное сражение за укрепление Хафис. Здесь русские сумели быстро занять валы и согнать турок во двор укрепления. Бой за Хафис увенчался тем, что саперы динамитом взорвали ворота укрепления, и пехота толпой вломилась внутрь, истребив всех, кто оказывал сопротивление. Входы в укрепленные здания подрывались саперами при помощи динамита, после чего внутрь врывались штурмовые отряды. Вскоре пала еще и высота Карадах. Еще дальше к северо-западу русские быстрым прорывом овладели позицией Араб-Табия — почти без потерь. Восточнее Карса, таким образом, турецкие позиции сменили хозяев.