Генерал Н. Н. Юденич, проводивший рекогносцировку крепости, мог по достоинству оценить ее неприступность и мощь бастионов. Началась тщательная подготовка к штурму Эрзурума. Велась разведка, сторожевые заставы блокировали все возможные пути к крепости. По утвержденному командующим графику разведку вел армейский воздухоплавательный отряд.
За несколько дней обложения Эрзурумской крепости русские отряды выбили турок из близлежащих селений и, пользуясь ночами, все ближе и ближе подбирались к фортам. 27 января командующий Кавказской армией подписал приказ о штурме вражеской крепости. Он гласил:
«... Используя захват массива Карга-базар, господствующего над левым флангом Девебойнской позиции, произвести стремительный удар в полосе Чабан-деде, Далангез, с одновременным наступлением 2-го Туркестанского корпуса со стороны Гурджибогазского прохода на Карагюбекскую позицию и обходом Девебойну своим правым флангом... разбить противника...»
Всего для штурма командующий армией выделил 88 пехотных батальонов, 70 казачьих сотен, 10 дружин ополчения, 4 саперные роты, 166 орудий, 50 полевых гаубиц и 16 тяжелых осадных мортир. Штурмующим противостояли примерно такие же по численности силы неприятеля — более 80 батальонов пехоты.
В два часа пополудни 29 января войска Кавказской армии при поддержке артиллерийского огня устремились на приступ крепостных фортов. За сутки удалось овладеть северной частью позиции Гурджи-богазского прохода и фортом Далан-гез.
Захваченный вражеский форт занял пехотный штурмовой отряд подполковника И. Н. Пирумова. С рассвета 1 февраля турки повели огонь по утраченному укреплению из более чем сотни орудий. Защитники форта оказались отрезанными от своих и у них стали кончаться боеприпасы. Пять яростных атак было отбито ружейным и пулеметным огнем, шестую уже отбивали штыками. Перед седьмой атакой в строй встали даже раненые — турок вновь отбили штыковым ударом. Когда началась восьмая, к уцелевшим русским пехотинцам подоспела неожиданная помощь — неизвестный герой под вражеским огнем в вечерних сумерках вовремя доставил на ослах боеприпасы.
Из 1 400 нижних чинов и офицеров полутора батальонов 153-го пехотного полка, оборонявших форт Далан-гез, осталось в строю всего около 300 человек и то большей частью раненых. За ночь гарнизон укрепления усилили, а раненых эвакуировали.
День 1 февраля стал переломным в штурме Эрзурума. Русские овладели последним из запиравших Гур-джибогазский проход фортов. Войска Кавказской армии прорвались в Эрзурумскую долину. Турки стремились беспрестанными контратаками отбросить наступающих, но все было тщетно. Они изо всех сил стремились удержать Девебойнскую позицию.
Совсем неожиданно для командующего Кавказской армией воздушная разведка доложила об оставлении турками собственно крепости Эрзурум. Все их силы были брошены в сражение за Девебойну. Генерал Н. Н. Юденич решил пойти ва-банк — он переподчинил командиру 2-го Туркестанского корпуса колонны генералов Волошина-Петриченко и Воробьева, а также конницу полковника Раддаца, совершавшего рейд во вражеском тылу.
3 февраля русские войска ворвались в город Эрзурум. Вражеская крепость пала, капитулировав. В плен сдалось 137 офицеров и до 8 тысяч солдат, трофеями стало около 300 орудий,
В тот же день во всех полках, дружинах и батареях Кавказской армии был оглашен приказ командующего, в котором выражалась его благодарность всему личному составу за мужественное исполнение своего воинского долга перед российским Отечеством.
Среди еще не погасших пожарищ поверженной крепости генерал от инфантерии Н. Н. Юденич лично вручал Георгиевские награды отличившимся при штурме Эрзурума воинам. Георгиевскими кавалерами стали более 100 рядовых, казаков и унтер-офицеров, полковники Габаев и Фисенко, подполковник Воробьев, штабс-капитан Запольский, поручик Вачнадзе...
Командующий отдельной Кавказской армией генерал от инфантерии Николай Николаевич Юденич был удостоен полководческой награды — ордена Святого Георгия 2-й степени. В российской императорской армии в годы первой мировой войны это было последним награждением столь высоким орденом, носившим еще название императорского военного ордена.
В высочайшем указе о награждении говорилось: «... в воздаяние отличного выполнения, при исключительной обстановке, блестящей боевой операции, завершившейся взятием штурмом Деве-Бойнской позиции и крепости Эрзурума 2 февраля 1916 года».
Овладев крепостью Эрзурум, русская армия почти без перерыва повела преследование остатков 3-й турецкой армии, которая стремилась укрыться в Эрзин-джане. Турки еще держались в укреплениях на горе Испир и хребте Думлу-даг. Пришлось выбивать их и оттуда.
Преследование в полосе 2-го Туркестанского корпуса проходило в крайне сложных условиях, началась пурга, склоны гор обледенели. Запасы продовольствия были на исходе. Но все же русские войска овладели горой Испир. Таким образом, главные силы отступающей вражеской армии оказались охваченными с флангов. Все шло так, как задумывалось генералом Н. Н. Юденичем и его штабом.