Гарнизон Очакова насчитывал около 20 тысяч человек. Осадная артиллерия русских следовала на судах Днепровской флотилии и сильно задерживалась. 1 июля на военном совете было решено атаковать Очаков, не ожидая осадной артиллерии, так как предвиделся подход турецких войск, собранных в районе Бендер.

Совет еще не кончился, как в десять часов утра из крепости вышло 15-тысячное неприятельское войско. Разделясь на два отряда, они подошли в одно время к правому и левому флангам русской армии. Наиболее сильный отряд турок находилась справа, где стояли донские казаки, и туда был отправлен барон Лавендаль с пикетами армии и несколькими полевыми орудиями. Ожесточенный бой продолжался около двух часов. Неприятель лишился большого числа людей и вынужден был отступить. Потери убитыми с обоих сторон составили около 200 человек.

В последовавшую ночь русские выстроили пять редутов у крепости. Начался артобстрел крепости, где были отмечены сильные пожары.

3 июля перестрелки передовых постов переросли в генеральное сражение. Русские солдаты отогнали турок и дошли до глубокого рва, который не сумели перейти, не имея ни фашин, ни штурмовых лестниц. Атакующие несли большие потери, кроме того, у них закончились боеприпасы. В рядах наших войск началось смятение. По некоторым данным, Миних бросил шпагу и закричал: «Все пропало». Но в это время в крепости взорвался главный пороховой погреб, вызвавший новый сильный очаг пожара. Воспользовавшись паникой турок, в Очаков со стороны моря ворвались казаки и гусары.

Сераскир (комендант крепости) приказал поднять на стенах белые флаги. Турецкий парламентер прибыл к фельдмаршалу и попросил перемирие на 24 ч. Миних отказался от перемирия и предложил сдать крепость, или он прикажет перебить всех без пощады. Турки согласились на безоговорочную капитуляцию. По турецким данным, 3 июля в Очакове погибло более 10 тысяч человек обоего пола как от русского огня, так от пожаров и взрывов боеприпасов. В плен было взято 4650 человек. Русские потеряли убитыми 8 штаб-офицеров, 39 обер-офицеров, 975 нижних чинов. Ранены были 5 генералов, два бригадира, 27 штаб-офицеров, 55 обер-офицеров и 2752 человека нижних чинов. Миних писал: «Очаковская крепость, будучи сильна сама собою и окрестностями, имея многочисленный гарнизон, 86 медных пушек и 7 мортир, снабженная провиантом и военными запасами с излишеством, имея также свободное сообщение с моря, где находилось 18 галер и немалое число прочих судов с пушками, ожидая на помощь из Бендер 30 000 войска, а в августе самого визиря с 200 000, могла бы обороняться три или четыре месяца долее, чем Азов, и, однако, взята на третий день. Богу единому слава! Я считаю Очаков наиважнейшим местом, какое Россия когда-либо завоевать могла и которое водою защищать можно: Очаков пересекает всякое сухопутное сообщение между турками и татарами, крымскими и буджакскими, и притом держит в узде диких запорожцев; из Очакова можно в два дня добрым ветром в Дунай, а в три или четыре в Константинополь поспеть, а из Азова нельзя. Поэтому слава и интерес ее величества требуют не медлить ни часу, чтоб такое важное место утвердить за собою».

Анна Иоанновна согласилась с мнением фельдмаршала. В Малороссию к князю Борятинскому были отправлены указы о посылке в Очаков плотников, каменщиков, других работников и различных материалов, а если кого и чего в Украине не достает, то разрешалось брать из ближайших губерний. Были отправлены указы в Киев и Брянск о поиске по Днепру и Десне готовых бревен и досок и немедленной их сплавке к Очакову.

5 июля Миних двинулся вверх по Бугу, оставив в Очакове двухтысячный гарнизон. Отойдя 60 км от Очакова, Миних остановится в ожидании подхода турецкой армии.

Лишь 16 июля головной отряд Брянской флотилии, состоявший из 17 дубель-шлюпок и 70 больших лодок, пришел в Очаков. На судах находилось много боеприпасов, продовольствия и строительных материалов.

Турецкая армия так и не подошла к Очакову, и Миних с основными силами в середине августа начал отход на Украину. Фельдмаршал разделил армию на несколько корпусов, но переправа их через Днепр планировалась в одном месте — по мосту у Переволочной. Там корпуса разделились, и каждый полк пошел своим путем на зимние квартиры. Фельдмаршал избрал для своей главной квартиры Полтаву.

В ходе похода Миниха в 1737 г. русская армия потеряла 11 тысяч человек регулярного войска и 5 тысяч казаков. Почти вдвое больше погибло солдат интендантской службы и крестьян, сопровождавших подводы. И на этот раз большая часть потерь личного состава пришлась не на боевые потери, а на болезни. Велики были потери в лошадях и волах. Одна артиллерия потеряла более 15 тысяч пар волов. Из-за нехватки лошадей и волов всю осадную и большую часть полевой артиллерии Миних вынужден был оставить в Очакове. Везти же пушки на судах против течения Днепра через пороги было нереально.

Миних оставил в Очакове генерала Штофельна с гарнизоном в 8000 человек. Кроме того, у Очакова стояли корабли Брянской (Днепровской) флотилии. Штофельн энергично восстанавливал укрепления Очакова. Изнурительная работа, плохая пища, испарения более 40 тысяч трупов людей и скота вокруг крепости вызвали большую смертность от болезней. К октябрю умерло и заболело около 3 тысяч человек.

6 октября 1737 г. впервые у Очакова появились турецкие корабли, но, заметив движение на судах Брянской флотилии, через два часа ушли в море.

В октябре конный отряд неприятеля атаковал новый русский редут, расположенный вблизи лимана. Наконец, 15 октября турки с суши обложили Очаков. Неприятельская армия состояла из 20 тысяч турок и 30 тысяч татар. Командовали ею Иентш-Али-паша и крымский хан Бегли Гирей.

17 октября 6 тысяч янычар пошли на приступ. Турки понесли большие потери от артиллерийского и ружейного огня. Дело решила контратака гарнизона. Турки были отброшены от крепости и потеряли свыше двух тысяч человек

18 октября впервые заговорила турецкая осадная артиллерия, в составе которой были 18- и 24-фунтовые пушки.