Царский генерал-адъютант готовил наступление на Мартыновку и другие мятежные слободы Миусского сыскного начальства. Чернышев был уверен, что решительный разгром очага восстания произведет нужное впечатление на остальных крестьян-свободоискателей. Чернышев собрал ударный кулак в составе Симбирского пехотного и пяти казачьих полков при шести пушках. С этим войском эмиссар царя двинулся на мятежную Мартыновку, которую защищали около 4 тысяч человек.
Рано утром 11 июня 1820 года мартыновские крестьяне увидели, что правительственные войска окружили селение. Чернышев отправил к восставшим своего адъютанта — гвардейского капитана Бутягина с требованием немедленно покориться и выйти из слободы в чисто поле. Бутягин пробовал договориться с крестьянами несколько раз, но без всякого успеха. Чернышев послал в атаку Симбирский пехотный полк, а казаков придержал. Судя по всему, это был обдуманный и расчетливый ход. Крестьяне уже не раз успешно отбивали атаки казаков на свои слободы и были готовы сделать это еще раз. К тому же рядовые казаки и сами оставались недовольны донскими помещиками, а потому вряд ли проявили бы много упорства в защите их интересов. Атака регулярного пехотного полка, очевидно, должна была сломать крестьян психологически еще до встречного боя.
Восставшие, руководимые крестьянином Дмитрием Мищенко, закрепились за оградой церкви, и здесь началась свалка. Крестьяне отбивались самодельными пиками, вилами и косами, пытались поразить солдат, сбрасывая камни и тяжелые предметы с колокольни. В суматохе едва не погиб командир Симбирского полка, герой Отечественной войны 1812 года полковник Филадельф Рындин, которого дородный крестьянин чуть было не разрубил косой. Сломить крестьян смогли только пушки. Чернышев приказал стрелять картечью, после чего короткая схватка затихла в звоне бросаемого оружия и топоте ног.
Все мартыновские крестьяне были схвачены и выведены в поле, где Чернышев потребовал от них раскаяться и согласиться повиноваться помещикам. Но из примерно 4 тысяч крестьян только восемь человек признались в том, что их борьба была ошибкой. Начала свою работу Временная следственная комиссия. 19 июня она огласила приговор. Пять вожаков восстания были избиты плетьми и сосланы в Нерчинск на каторгу; семь активных участников получили несколько десятков ударов плетьми и розгами; двоих отдали в солдаты; еще четверо признали свою вину и получили прощение.
Приговоры тут же приводились в исполнение на глазах у остальных крестьян, которых это должно было убедить в необходимости скорейшего и полного раскаяния. Однако крестьяне, как докладывал Чернышев Александру I, «подстрекаемые дерзостнейшими из них вольнодумцами и надеявшиеся на свое многолюдство, несколько раз начинали кричать и приходили в движение». Полковнику Рындину приходилось держать пехоту в боевой готовности.
И все же чередованием угроз и уговоров Чернышеву удалось получить от мартыновских крестьян раскаяние и привести их к присяге на повиновение. Поражение и капитуляция Мартыновки сбили огонь восстания. В рапорте царю Чернышев писал: «Взгляд на мартыновских преступников, за конвоем следовавших чрез многие донские селения на дорогу к Сибири, сделал глубокое впечатление над возмутившимися». Вскоре были погашены очаги крестьянской войны и в уездах Екатеринославской губернии. Дольше всех сопротивлялись крестьяне слободы Лакедемоновки, словно оправдывая спартанское название своего селения. Но 3 июля после приезда Чернышева сдались и они. Всего в 1820 году Чернышеву и правительственным силам пришлось усмирить 256 селений с населением в 35 тысяч человек. Как отметили историки Александр Пронштейн и Владимир Золотов: «Крестьянское движение на Дону в 1820 году было крупнейшим выступлением крепостного крестьянства страны после восстания под руководством Емельяна Пугачева».