Таким образом, решительного боя в этот день не было - обе стороны выжидали, прощупывали намерения друг друга, ждали, кто сделает первый шаг. И поскольку русские отнюдь не торопились покидать свою укрепленную позицию, а татары точно так же не стремились штурмовать ее, памятуя об уроке, который им был преподан утром, то к вечеру '...разыдошася полъки во город, а татаровя в станы своя...'
Ночью в татарском лагере состоялся военный совет, на котором было принято решение попытаться штурмом взять русские укрепления. 'Мехмед калга с нагаи сказався царь похвально и рек: "Яз обоз руской возьму; и как ужаснутца и здрогнут, и мы их побием"...'
С утра 17 января татары начали штурм острога. Отряды татарских всадников, стремительно подъезжая к русским позициям, засыпали защитников ливнем стрел, пытаясь нанести им как можно большие потери с тем, чтобы потом, нащупав слабое место, ворваться в лагерь и в рукопашном бою перебить его защитников. Несколько последовательных атак, предпринятых Мехмед калгой, не привели к видимому успеху, и тогда калга 'поехал около обозу с невеликими людьми розсматривать, которые места плоше, и на то б место всеми людьми, потоптав, обоз разорвати'.
Калгу в богатом доспехе, в окружении блестящей свиты, трудно было не заметить, и тогда Шереметев выслали из города детей боярских большого полка с приказом атаковать противника. 'И Мехмед калга а своих татар стал отводити. И скачет на аргамаке, - сообщал детали пленения татарского полководца летописец, - и аргамак под ним сподкнулся, и он не усидел. И тут ево взяли и с аргамаком нарядна в доспехе'
Потеряв своего военачальника, татары моментально смешались и 'пошли от обозу прочь в станы'. Оправившись от первого шока, , к вечеру татары снова попытались атаковать русский укрепления, но на этот раз, по сообщению летописца, 'татарской напуск стал слабее прежнего, а руские люди поохрабрилися и, вылазя, билися и на том бою татар многих побили...'
Девлет Гирей потерявший уже второго сына в столкновениях с русскими (первый погиб летом в битве под Тулой) был взбешен и утром 18 января царь крымской послал нагайских татар многых и крымских царевичей и многие плъки татаръскые пешие и конные к острогу выбивати Мехмед калгу да и "город велел взятии...'
Спешенные татарские воины, подбадривая друг другу воинственным кличем и призывая на помощь Аллаха, при поддержке конных лучников, которые поверх голов штурмующих осыпали русских ливнем стрел, двинулись на приступ. С невиданной доселе храбростью и упорством неприятель раз за разом пытался ворваться в город, и раз за разом, осыпаемые ядрами и 'дробом' из пушек и затинных пищалей, он был вынужден откатываться назад, оставляя под деревянными стенами русской крепости десятки и сотни убитых и раненых 'и как татаровя пришли к городу и ималися руками за стену у города, - и нашы стрельцы туто многых татар побили и рук бесчислено татарьскых отсекали...'
Напряжение битвы возрастало с каждым часом. Стремясь любой ценой сломить сопротивление защитников и добыть столь желанную победу, хан не остановился даже перед тем, чтобы послать в бой свой последний резерв - отборных стрелков-тюфенгчи, но и это не помогло. Русские воины, продолжали отчаянно сражаться, отбивая все неприятельские атаки. И татары не выдержали, их напор стал слабеть, в их атаках уже не чувствовалось прежней ярости и упорства. Почувствовав это, державший все это время руку на пульсе сражения, 'большой воевода' Шереметьев понял - час настал и решил контратаковать. Улучив удобный момент, когда очередная волна штурмующих отхлынула от стен , он отдал приказ ударить на откатывающегося врага. По условленному сигналу русские пушкари 'из большово наряду ис пушек и изо всех пищалей' сделали мощный залп по неприятельским боевым порядкам, и на отступающего врага обрушились дети боярские передового полка . Одновременно с этим сам Шереметьев во главе сотен большого полка, совершив обходной маневр по 'долу', атаковал противника с тыла, '... да учали с нагайцы и с крымцы дело делати сьемное, и сеча была великая и на том тогда бою убиени быша ханский сын да калгин сын, и прочих знаменитых мурз и татар многое множество; и живии яти быша сын ханский и мурзы знаменитыя мнози...'
Ошеломленный противник, оказавшись под одновременным ударом с тыла и с фронта, поначалу упорно сопротивлялся, однако недолго - слишком велики были его потери и слишком неожиданным оказалось введение в бой свежих русских сил. Разгромленные татарские 'полки' беспорядочно повалили толпой обратно в свой лагерь, неся хану горестную весть о смерти и пленении множества военачальников и рядовых воинов.В последней схватке были побиты не только 'многие крымские люди', но пал еще один ханский сын Адиль Герей.
Продолжение осады русского лагеря теперь становилось бесмысленым. Выход напрашивался сам собой - бросить все и спешно отступать . Оставив арьергард из 3 тыс. 'резвых людей' 'травитися' с русскими воинами, в ночь на 19 января крымский 'царь' поспешно, бросив лагерь и все, что в нем было, устремился на юг.