Но и граждане Херсонеса не собирались сдаваться, решив биться насмерть. Спешно послали к Митридату за помощью, хотя шансы получить её до весны были равны нулю. Город начали активно готовить к обороне, а часть солдат понтийского гарнизона, оставленного Диофантом, переправилась на противоположную сторону бухты и заняла гавань Ктенунт, перегородив стеной перешеек, который соединял её с Таврикой. Таким образом, через бухту, прямо напротив Херсонеса, был создан ещё один опорный пункт защитников. Именно оборона Ктенунта имела в дальнейшем решающее значение для исхода всей войны в целом. Об этом нам поведал Страбон: «Здесь была также гавань Ктенунт. Осажденные воины царя, чтобы удержаться, разместили на упомянутом мысе сторожевое охранение; они укрепили это место и засыпали вход в залив до города, так что можно было легко пройти туда сухим путем, и из двух получился некоторым образом один город. С этого времени им стало легче отражать скифов». Споры о том, где же находился этот Ктенунт, ведутся и по сей день, но к единому мнению исследователи так и не пришли. А. Л. Бертье-Делагард считал, что Ктенунтом называлось в Античности «все северное побережье Гераклейского полуострова от Херсонесского маяка до Инкермана». По мнению же В. А. Анохина, Ктенунт находился на мысу напротив современной Графской пристани, которая разделяет Севастопольскую бухту на Северную бухту и Южную.
Тем временем едва только эллины и понтийцы успели закончить все приготовления к осаде, как под стенами города появилась огромная армия скифов и роксолан, ведомая двумя царями – Палаком и Тасием. Битва за Херсонес началась.
Солдаты понтийского гарнизона гавани Ктенунт стояли на сложенной из камней стене и смотрели на приближающееся войско скифов и роксолан. Тысячи пеших и конных лучников тёмной волной катились к укреплениям в надежде засыпать противника стрелами, а потом в едином натиске перевалить через оборонительные сооружения и захватить гавань. Приблизившись на расстояние выстрела, степняки натянули луки, и дождь стрел рухнул на головы защитников. Но понтийцы были готовы к такому развитию событий и просто укрылись за большими плетёными навесами, которые специально заготовили на этот случай. Поэтому стрелы врагов практически не причиняли им урона. В ответ со стен в сторону скифов полетели метательные снаряды, и десятки кочевников, защищённых лишь кожаными доспехами, повалились на холодную землю Таврики.
Но ливень стрел атакующих не ослабевал ни на минуту, и под его прикрытием пошла в атаку скифская пехота. Прикрывшись щитами, скифы тащили с собой лестницы и верёвки с крюками, надеясь быстро вскарабкаться на стену и сбросить с неё понтийцев. Но у основания стены путь им преградил глубокий ров. Однако это не остановило атаку, степняки просто попрыгали вниз, приставили лестницы, забросили крюки и, как муравьи, полезли на верх укреплений. Но из-за глубины рва лестницы не доставали до гребня, натиск скифов замедлился, и воины Митридата, воспользовавшись этим, забросали атакующих камнями, а верёвки обрубили мечами. Теряя людей, степняки отхлынули от стен и бросились назад, под защиту лучников. Видя, что враг отступил, многие понтийские солдаты спустились внутрь укрепления и стали собирать скифские стрелы, которыми в огромном количестве была утыкана земля.
Но эта атака была лишь началом длительной и изнуряющей борьбы. Тысячи воинов Палака и Тасия разбрелись по окрестностям, срезая камыш и рубя попадавшиеся деревья, собирая всё, чем можно было бы завалить ров. Работа кипела всю ночь, а наутро скифы и роксоланы снова изготовились к новому штурму. Вперёд опять выдвинулись стрелки, за ними шли воины со связками камыша и брёвнами, а дальше выстроились отряды пехоты, которым предстояло идти на приступ. Снова на защитников пролился дождь из стрел, и сотни скифских воинов ринулись заваливать ров. Понтийские лучники, стоя на стене, посылали в ряды врагов стрелу за стрелой, легковооружённые бойцы метали в степняков дротики и короткие копья, но ничто не могло остановить атакующих. Постепенно ров заполнялся и вскоре был засыпан полностью.
Лавина нападавших с боевым кличем хлынула вперёд, взметнулись и зацепились за камни крюки на верёвках, десятки лестниц были приставлены к стене, и по ним стали стремительно карабкаться кочевники. Бой закипел сразу по всей линии обороны. Тяжеловооруженные понтийские пехотинцы, держа сариссы обеими руками, кололи карабкающихся по лестницам скифов и роксолан. Греческие гоплиты сбрасывали атакующих ударами коротких копий и сваливали им на головы тяжёлые камни, которые заранее снесли на стены. Если же нападавшим варварам удавалось вскарабкаться на гребень, то их рубили кривыми махайрами, резали короткими ксифосами и сбрасывали вниз.