Несли потери и ВВС Грузии. Руслан Ярмолюк наблюдал воздушный бой над Цхинвалом: «Над нами появляется выкрашенный в серый цвет штурмовик, заходящий на бомбежку ПТС, откуда мы гоним видео. Журналисты разбегаются в разные стороны. Однако самолет взял низкую высоту: выходит из виража, разворачивается на второй круг, и тут появляется российская «сушка». Разворачивается воздушный бой. «Сушка» прошивает из пулемета крыло грузинского штурмовика, и он падает в нескольких километрах с полным боекомплектом. Из форточек, где еще сохранились стекла, высыпаются осколки. В небе господствуют российские истребители и бомбардировщики, гасящие артиллерийские позиции грузинских войск, три дня беспощадно стиравших город с лица земли».

В середине дня 9 августа южноосетинская сторона сообщила, что грузинские силы удерживают только высоты в районе Приси (восточнее Цхинвала), откуда обстреливают город; все остальные районы и населенные пункты, как утверждается, уже освобождены. В город начали входить части 503-го мотострелкового полка и рота батальона «Восток».

Пользуясь передышкой, из Цхинвала потянулись уцелевшие машины с беженцами. Они попадали в засады вновь подтягивавшейся к городу грузинской армии. 37-летний цхинвалец Маирбек на убогом «жигуленке» пытался вывезти свою семью во Владикавказ. На выезде из города он заметил земляков, предупреждавших о танках. Маирбек попытался развернуться, но не успел. Снаряд попал в машину. Он, его пятнадцатилетняя дочь Дина и шестнадцатилетний сын Аслан погибли сразу. Жену и еще двоих совсем маленьких детей, которых она держала на руках, закрыла широкая спина Маирбека – он весил 160 килограммов. Жена вместе с детьми успела скрыться в подвале пятиэтажки. « Я тоже хотел уехать за сыном, но не успел, – рассказывает Заур, отец Маирбека.  – Грузины все окружили танками и бэтээрами. Теперь они все мертвые здесь лежат, никто не ушел. Сноха там скрывалась, а мы здесь, в доме. Она в истерике была: увела детей в подвал, а сама хотела броситься к машине. Люди удержали. Она видела, как из вот такой дырки у мужа мозги вываливались».

11.56. По заявлению главкома Сухопутных войск Владимира Болдырева, подразделения 58-й армии полностью очистили Цхинвал от грузинских военных.

Согласно заявлению Государственного комитета по информации и печати Южной Осетии, в 13.59 грузинская сторона вновь возобновила обстрел Цхинвала из гаубиц, минометов, тяжелой артиллерии, бронетехники, а также системы «Град».

Вновь начались бои за город. Юрий Бетеев вспоминал потом: «Первое, чему учишься в таких условиях, – это находить надежные убежища и не высовываться. Только благодаря этому многие жители Цхинвала остались живы. То же самое я могу сказать и про себя. Я и еще 12 человек прятались в подвале нашего дома на улице Сталина. 9 августа на наших глазах была подбита грузинская БРДМ, которая ездила по городу и расстреливала машины с людьми. Взрыв был очень мощным. Несколько грузинских солдат выскочили наружу и попытались скрыться на гражданском автомобиле, но от волнения не справились с управлением и врезались. Скрываясь от преследования, они стали ломиться к нам. Но мы не открыли, потому что знали: прежде чем войти внутрь, они обычно бросают пару гранат. Тогда грузины спрятались в соседнем доме. Поняв, что сейчас начнется перестрелка, мы выбежали на улицу и бросились в сторону наших. Через два часа с грузинами было покончено».

Он добавил, что сохранить свой дом в целости ему так и не удалось. Когда начали работать установки «Град», один из снарядов попал в здание. «Я даю голову на отсечение, что 70 % города просто нет. Это руины. Только из 20 домов на нашей улице 17 были разрушены и два сожжены. При этом дом № 56 на улице Сталина был уничтожен кассетной бомбой, запрещенной к использованию. Я могу доказать это. У меня сохранились осколки от нее» , – отметил Бетеев.

В 16.00 грузины силами 3-й мпбр и отдельного танкового батальона опять атаковали город при поддержке артиллерии и минометов. Две другие бригады атаковали Тбети и вели контратаки в районе Присских высот. Мелкие группы грузинской пехоты пытались выйти к мостам в районе Диди-Гупта, Джава, однако были отбиты. Число подбитых осетинами танков достигло 12.

Однако обороняющиеся начали испытывать дефицит боеприпасов и даже легкого стрелкового оружия. Один из ополченцев писал в дневнике: «В городе все ребята готовятся к вечерним боям. Есть большой дефицит рожков от автомата. От каждого рожка зависит то, как долго сможет держать оборону конкретный боец. Автомат мне пока забрать не удалось, но патроны к нему я уже нашел».

Грузинские пехотинцы при поддержке танков и артиллерии вновь атаковали миротворческую базу. Миротворцам удалось уничтожить шесть танков противника, четыре БМП и около 50 пехотинцев. В ходе боя был взят в плен грузинский корректировщик огня, который, озаботившись собственной безопасностью, предупредил о целенаправленном артиллерийском ударе, что позволило спастись не только ему, но и избежать излишних потерь среди миротворцев.

«Красная звезда» затем писала: « Батальонная тактическая группа 135-го полка к базовому лагерю пробиться не смогла. Единственное надежное убежище – подвал – сгорело вместе с казармой. Максимальная вместимость котельной – десять человек… Раненая нога позволяла сносно передвигаться, и подполковник Константин Тимерман, осмотрев позиции, принял решение на выход из боя и отход подразделения. Уничтожили секретные документы и аппаратуру, взорвали уцелевшие автомобили. Отходили под огнем. Троих раненых взяли с собой и никого не потеряли. Батальон, разделенный на шесть групп, разными маршрутами утром 10 августа вышел на полигон Дзари, в семи километрах от Цхинвала».

В 16.35 российская авиация произвела обстрел объектов в городе Они.

Около 16.30 мск грузины уже в четвертый раз (устами Саакашвили) сообщили о взятии Цхинвала, а также о «победе над Россией». Также Саакашвили на встрече с оппозицией заявил об уничтожении грузинскими подразделениями 60 бойцов спецназа ГРУ РФ. Минобороны РФ опровергло сообщения грузинской стороны о взрыве моста в Южной Осетии недалеко от Рокского туннеля, что якобы затруднило продвижение российских войск в Южной Осетии. Вечером грузинские войска предприняли новое наступление в районе Цхинвала. Сообщалось, что грузинским силам удалось войти в город. Одновременно с этим грузинская сторона попыталась перерезать Зарскую дорогу к северу от Цхинвала, связывающую город с Северной Осетией. Грузинское командование перебрасывает из Батуми в Южную Осетию дополнительную военную технику.

Однако за Джавой развернулся полк тяжелых самоходок 503-го полка, 152-миллиметровые САУ начали обстрел позиций грузинских войск по заранее полученным целям. Это позволило югоосетинским войскам отбить северные районы города и начать массовую эвакуацию мирных жителей. Как сообщило вечером российское командование, огневые точки грузин были подавлены и обстрел Цхинвала прекратился. К моменту вступления сил РФ в город в нем не было воды, газа, света, а все жители спрятались в подвалы.

По данным югоосетинской стороны, к 23.00 по московскому времени атаки на Цхинвал и Зарскую дорогу были отражены.