Русские войска обложили Измаил и бомбардировали крепость. Сераскиру было послано предложение сдать Измаил, на что был получен издевательский ответ. Генерал-поручики созвали военный совет, на котором было постановлено осаду снять и отходить на зимние квартиры. Части генерал-поручиков начали медленно отходить, а флотилия де Рибаса осталась у Измаила.
Еще не зная о постановлении, военного совета, Потемкин решил назначить командующим осадной артиллерией генерал-аншефа Суворова. Суворов был наделен весьма широкими полномочиями. 29 ноября Потемкин писал Суворову: «…предоставляю вашему сиятельству поступить тут по лучшему вашему усмотрению продолжением ли предприятий на Измаил или оставлением онаго».
2 декабря Суворов прибыл к Измаилу. Вместе с ним из его дивизии прибыли фанагорийский полк и 150 мушкетеров апшеронского полка. К 7 декабря под Измаилом было сосредоточено до 31 тысячи войск и 40 орудий полевой артиллерии. Около 70 орудий было в отряде генерал-майора де Рибаса, расположенного на острове Чатал напротив Измаила, и 500 орудий — на судах. Орудия отряда де Рибаса не уходили на зимние квартиры, а оставались на прежних семи огневых позициях. С этих же позиций артиллерия де Рибаса обстреливала город и крепость Измаил в период подготовки к штурму и в ходе штурма. Кроме того, по распоряжению Суворова 6 декабря была заложена еще одна батарея на 10 орудий. Таким образом, на острове Чатал было восемь батарей.
Свои войска Суворов расположил полукружьем в двух верстах от крепости. Их фланги упирались в реку, где флотилия де Рибаса и отряд на Чатале довершили обложение. Несколько дней подряд производились рекогносцировки. Одновременно заготавливались лестницы и фашины. Чтобы дать понять туркам, что русские собираются вести правильную осаду, в ночь с на 7 декабря на обоих флангах были заложены батареи на 10 орудий каждая, две — с западной стороны в 340 м от крепости, и две — с восточной стороны, в 230 м от ограды. Для обучения войск производству штурма в стороне был вырыт ров и насыпаны валы, подобные измаильским. В ночь на 8 и 9 декабря Суворов лично показывал войскам приемы эскалады и учил действовать штыком, причем фашины представляли турок.
7 декабря в 2 часа дня Суворов послал коменданту Измаила записку: «Сераскиру, старшинам и всему обществу: Я с войсками сюда прибыл. 24 ч. на размышление для сдачи и воля; первые мои выстрелы уже неволя; штурм — смерть. Чего оставляю вам на рассмотрение». На другой день пришел ответ от сераскира, который просил разрешения послать двух человек к визирю за повелением и предлагал заключить перемирие на 10 дней 9 декабря. Суворов ответил, что он на просьбу сераскира согласиться не может и дает срок до утра 10 декабря. В назначенный срок ответа не последовало, и участь Измаила была решена. Штурм был назначен на 11 декабря.
Накануне штурма, в ночь на 10 декабря, Суворов отдал войскам приказ, который воодушевил их и вселил в них веру в предстоящую победу: «Храбрые воины! Приведите себе в сей день на память все наши победы и докажите, что ничто не может противиться силе оружия российского. Нам предлежит не сражение, которое бы в воле вашей отложить, но непременное взятие места знаменитого, которое решит судьбу кампании, и которое почитают гордые турки неприступным. Два раза осаждала Измаил русская армия и два раза отступала; нам остается, в третий раз, или победить, или умереть со славою». Приказ Суворова произвел на солдат сильное впечатление.
Подготовка штурма началась артиллерийским огнем. С утра 10 декабря около 600 орудий открыли мощный артиллерийский огонь по крепости и вели его до глубокой ночи. Турки отвечали из крепости огнем 250 орудий, но безрезультатно. Действия русской артиллерии были очень эффективными. Достаточно сказать, что к вечеру артиллерия крепости была совершенно подавлена и прекратила огонь. «…По восхождении солнца, с флотилии, с острова и с четырех батарей, на обеих крылах в берегу Дуная устроенных, открылась по крепости канонада и продолжалась беспрерывно до самых пор, как войски на приступ приняли путь свой. В тот день из крепости сначала ответствовано пушечною пальбою живо, но к полудни пальба умаялась, а к ночи вовсе пресеклась и через всю ночь было молчание…» В 3 часа дня 11 декабря взвилась первая сигнальная ракета, по которой войска построились в колонны и двинулись к назначенным местам, а в 5 часов 30 минут по сигналу третьей ракеты все колонны пошли на штурм.
Турки подпустили русских на дистанцию картечного выстрела и открыли огонь. 1-я и 2-я колонны Львова и Ласси успешно атаковали Бросские ворота и редут Табие. Под огнем противника войска овладели валом и штыками проложили дорогу к Хотинским воротам, через которые в крепость вошли конница и полевая артиллерия. 3-я колонна Мекноба остановилась, так как на данном участке подготовленные к штурму лестницы оказались недостаточно длинными и их пришлось связывать по две. С огромными усилиями войскам удалось взобраться на вал, где они встретили упорное сопротивление. Положение спас резерв, который позволил опрокинуть турок с крепостного вала в город.
4-я колонна Орлова и 5-я Платова достигли успеха после жестокой схватки с турецкой пехотой, внезапно сделавшей вылазку и ударившей в хвост 4-й колонне. Суворов немедленно выслал резерв и вынудил турок отойти в крепость. Первой взошла на вал 5-я колонна, а за ней — 4-я.
В наиболее трудном положении оказалась 6-я колонна Кутузова, которая атаковала новую крепость. Войска этой колонны, достигшие вала, подверглись контратаке со стороны турецкой пехоты. Однако все контратаки были отражены, войска овладели Килийскими воротами, что позволило усилить наступавшую артиллерию. При этом «достойный и храбрый генерал-майор и кавалер Голенищев-Кутузов мужеством своим был примером подчиненным».
1-я, 2-я и 6-я колонны, «исполня мужественно, храбро и с удивительною быстротою по данной диспозиции первое стремление, положили основание победы».
Больших успехов добились 7-я, 8-я и 9-я колонны Маркова, Чепиги и Арсеньева. Между семью и восемью часами вечера они высадились у измаильских укреплений на Дунае. 7-я и 8-я колонны быстро захватили действовавшие против них батареи на укреплениях. Труднее пришлось 9-й колонне, которая должна была вести штурм под огнем с редута Гоби. После упорного боя 7-я и 8-я колонны соединились с 1-й и 2-й колоннами и ворвались в город.
Содержание второго этапа составляла борьба внутри крепости. К 11 часам русские войска захватили Бросские, Хотинские и Бендерские ворота, через которые Суворов двинул в бой резервы. Многочисленный турецкий гарнизон продолжал сопротивляться. Хотя турки не имели возможности маневрировать и без поддержки артиллерии их борьба была малоэффективна, все же они упорно дрались за каждую улицу и каждый дом. Турки «дорого продавали свою жизнь, никто не просил пощады, самыя женщины бросались зверски с кинжалами на солдат. Остервенение жителей умножало свирепость войск, ни пол, ни возраст, ни звание не были пощажены; кровь лилась повсюду — закроем завесой зрелище ужасов». Когда так пишут в документах, нетрудно догадаться, что на самом деле население было просто вырезано.
Известным новшеством было применение русскими полевых орудий в уличных боях. Так, например, комендант крепости Айдозли-Махмет-паша засел в ханском дворце с тысячью янычар. Русские вели безрезультатные атаки более двух часов. Наконец были наведены орудия майора Островского, огнем которых разрушили ворота. Фанагорийские гренадеры пошли на штурм, перекололи всех находившихся внутри дворца. Артиллерией были разбиты армянский монастырь и ряд других зданий внутри крепости.
