5月27日，彼得一世又乘顿河春汛涨水的机会，指挥大船驶出海口，迅速控制了海面，并派兵在河口设立炮台防守。与此同时，从陆上包围亚速的工作也已完成：中路由戈洛文担任；左翼配置了贵族团队、顿河哥萨克和里格曼的部队；右翼是戈登。由于彼得一世提前发动军事行动，土耳其人未能来得及加强防卫，甚至还未能完全清除去年俄军留下的工事。土耳其曾一再派兵支援，但增援船只均受阻在海面上，无法驶近要塞，最后不得已撤离。6月16日，土耳其骑兵曾数次向俄军后方及交通线发起攻击，但全被击退。为了对付要塞外的壕沟，俄军每天出动15000人沿壕沟筑起一座很高的土坝，然后步步推进，填平了壕沟，直接进逼到要塞城下，土耳其军队再也无法进行主动出击，被迫消极防御。亚速守军虽顽强抵抗，但由于得不到粮食弹药及兵力的增援，情况日益恶化，守城士兵伤亡了三分之一。
应该说俄军发动总攻击的时机到了，彼得一世预定在7月22日发起总攻，但还未等到这一天，在7月18日清晨，守城部队在完全绝望的情况下被迫与俄军谈判。当晚，要塞投降，土耳其人被准许携带自己的武器和私人财产出城。19日清晨，俄军占领亚速，彼得一世第二次远征亚速的目的似乎达到了。实际上并非如此，夺取亚速并没有争得通向大海的路。那时候，由亚速海通往黑海的刻赤海峡仍然掌握在土耳其人手中。对俄国人来说，亚速海仍然是一个封闭不通路的死海。直到18世纪七十年代俄国才打通黑海的通道。