Принц Нассау-Зиген писал в Петербург французскому послу Сегюру: «Очаков можно было взять в апреле... но все упущено». Письмо это, как, впрочем, и другие письма особ такого ранга, было перлюстрировано в Петербурге в «черном кабинете». Копия письма была представлена Екатерине, которая начертала на ней: «Это правда».

Потемкин оправдывал бездействие боязнью больших потерь при штурме и наличием турецкого флота в Лимане. И то, и другое было ложью. Светлейший не мог не знать, что санитарные потери Миниха были во много раз больше боевых, он не мог не видеть сотни больных в лагере осаждающих, большинство из которых было обречено на смерть. Что же касается турецкого флота, то его артиллерия не могла воспрепятствовать даже атаке Очакова со стороны Лимана — вспомним Кинбурн. А при атаке Очакова с суши она вообще была бесполезной. Мало того, турки прекрасно знали, что при удачном штурме в городе начнется резня, и шансы сдаться у простых солдат и населения невелики. Поэтому когда у берега стоит эскадра, то при первом же появлении противника на стенах крепости у осажденных возникает мысль бежать. А когда спасения нет, и храбрый, и трус будет драться на смерть до последнего.

Началась «формальная осада». Войска отрывали параллели и закладывали батареи. Так, 14 августа на левом фланге в полутора километрах от ретраншемента была заложена батарея на 20 орудий, а 15 августа — на 10 орудий. В течение августа было оборудовано 14 батарей. Артиллерийские батареи все ближе подводились к крепости и из них вели огонь по ретраншементу и крепости. Например, 18 августа, отражая вылазку противника и ведя огонь по крепости, артиллерия выпустила 1870 ядер, 865 бомб, 77 гранат, 71 картечь и 76 зажигательных снарядов. В донесении Потемкин писал, что «турки, не взирая на выгоду места, везде бежать принуждены... Между тем от жестокого действия батарей город во многих местах зажжен и пожар продолжался до самого утра...»,

В течение сентября было оборудовано и вооружено еще 10 батарей, а всего с августа по ноябрь было оборудовано и вооружено 30 артиллерийских батарей, на которых было размешено 317 орудий полевой и осадной артиллерии.

Сила огня русских батарей постоянно росла. Так, только 9 октября по крепости было выпущено 2867 ядер, 1444 бомбы, 115 гранат, 71 зажигательный снаряд, 38 картечей.

Однако крепость не сдавалась. Упорная оборона, многочисленные вылазки гарнизона наносили большие потери русской армии, а заявления Потемкина «не хочу брать штурмом Очаков» и незачем «терять даром людей» оказались несостоятельными, так как осада дала совершенно противоположный результат.

В ночь на 11 ноября две тысячи турок сделали вылазку на брешь-батарею левого крыла. В ходе вылазки погиб генерал-майор С.П. Максимов, три офицера и несколько десятков солдат. Утром нашли 70 турецких трупов, но это мало утешило светлейшего, было ясно, что противник и не думает о сдаче.

Теперь Потемкин был вынужден согласиться на штурм. Зимовать под стенами Очакова — это потерять большую часть осадного корпуса от холода и болезней. Потемкин писал Екатерине: «...не осталось иного средства по взятию города кроме генерального приступа».

Для штурма было сформировано шесть колонн, которым были поставлены следующие задачи: первая и вторая колоны овладевают замком Гассан-паши, третья колонна атакует ретраншемент с севера, четвертая колонна — с востока и старается не допустить отхода защитников ретраншемента в крепость. Пятая и шестая колонны должны были штурмовать саму крепость «по обстоятельствам и разсмотрению генерала Меллера».

Все приготовления были закончены в ночь с 5 на 6 декабря. В 7 часов утра 6 декабря при 23-градусном морозе войска пошли на штурм Очакова. Генерал-майор Пален захватил турецкие земляные укрепления между Очаковым и замком Гассан-паши. Затем он послал полковника Ф. Мекноба к замку Гассан-паши, а полковника Платова — вдоль окопа. Войска Платова стремительно ударили в штыки и копья и заняли окоп. Мекноб ворвался в замок, около трехсот остававшихся там турок были вынуждены сложить оружие.

Третья колонна энергично отстаивала центральные земляные укрепления. Входе штурма погиб генерал-майор Волконский. Но полковник Юргенц принял командование колонной и довел ее до стен крепости.

Четвертая колонна под командованием генерал-лейтенанта князя Долгорукова в ходе упорного штыкового боя заняла турецкие укрепления и вышла к крепостным воротам.

Пятая и шестая колонны прорвались сквозь земляные укрепления противника и вышли к бастионам крепости. Резерв шестой колонны под командованием подполковника Зубина подошел по льду Лимана к южной стороне крепости, причем гренадеры по льду волокли пушки. А затем под прикрытием артиллерийского огня гренадеры полезли на стену и овладели ей. Бой в самой крепости длился около часа.

Данные о потерях турок существенно расходятся в разных источниках. Во всяком случае, в плен было взято около четырех тысяч турок. Надо полагать, остальная часть гарнизона и большая часть населения города были вырезаны при штурме.

Трофеями русских стали 310 орудий и 180 знамен. Потери русских убитыми и ранеными, по одним данным, 147 офицеров и 2720 нижних чинов, по другим — более 4800 человек.

Хотя крепость была взята в целом согласно намеченному плану, штурм велся крайне безграмотно, что и привело к большим потерям. В частности, мало использовалась полковая артиллерия, которая могла сопровождать наступающих колесами и в нужный момент поддерживать их огнем, что особенно было важно в бою между земляными укреплениями и крепостной стеной. Мало того, Потемкин додумался приказать 300 артиллеристам майора К. И. Меллера бросить орудия и лезть на стены, подобно пехотинцам.

Очаков настолько был ненавистен Потемкину, что тот велел разрушить город и крепость до основания. В виде исключения был оставлен замок Гассан-паши. Уничтожение Очакова Потемкин объяснил императрице как «истребление предмета раздора, который при заключении мира мог бы произвести вредное замедление в переговорах». Естественно, это была пустая отговорка. К 1789 г. уже обнаружилась слабость Турции, и понятно, что об оставлении Турции района Очакова и речи не могло идти. После разрушения Очакова защита входа в Лиман осуществлялась крепостью Кинбурн, и лишь в войну 1877—1878 гг. в Очакове были построены береговые батареи.