При строительстве следующего вала турецкая армия учла прежние ошибки, и все получилось, как и было задумано: «И почели с той горы из наряду бить оне по Азову городу день и нощь беспрестанно… Шеснадцать дней и шеснатцать нощей не премолк наряд их ни на единой час пушечной». В городе все было разрушено, казаки могли отсиживаться только в землянках и продолжать свои подкопы. Удивительно, но каждый раз казакам помогали именно «подкопные мудрые осадные промыслы». Так, даже когда обстрел Азова не прекращался ни на минуту, они выходили по ночам через свои земляные ходы на вылазки и терзали турецкую пехоту. Попытки турок, по примеру казаков, использовать свои подкопы, не увенчались успехом, так как казаки «устерегли» их и взорвали в то время, когда по ним в город пытались пройти турецкие войска. «Постыли уж им те подкопные промыслы», — писал автор «Повести…».
После шестнадцатидневного обстрела Азова начался его непрерывный штурм. Днем и ночью к городу приступали сменявшие друг друга янычарские полки, которые едва не одолели казаков: «И от такова их к себе зла и ухищренного промыслу, от бессония и от тяжких ран своих… изнемогли болезньми лютыми осадными. А все в мале дружине своей уж остались, переменитца некем, ни на единый час отдохнуть нам не дадут… Язык уш наш во устнах наших не воротитца на бусурман закрычать. Таково наше безсилие: не можем в руках своих никакова оружия держать!» Все опять решила внезапная вылазка казаков, вышедших на бой с иконами: «…подняв на руки иконы чюдотворныя — Предотечеву и Никол ину — да пошли с ними против бусурман на выласку… побили мы их на выласке, вдруг вышед, шесть тысящей».
Снова начались попытки переговоров, хотя у казаков не оставалось сил даже ответить толмачам. Турецкие представители «на стрелах почали ерлыки метать» и предлагать выкуп за оставление крепости: «Просят у нас пустова места азовского». Казаки уже почувствовали перемену в настроении турецкого войска, также страдавшего от войны и болезней. Поэтому стояли до конца: «В головах ваших, да костях ваших складем Азов город лутче прежнева!» 93 дня длилась осада, и наконец 26 сентября 1641 года, в преддверии наступавших холодов, грозивших закрыть морской путь, турецкая армия внезапно, ночью, сняла осаду. Казаки, не верившие в то, что им удалось удержать Азов, сделали еще одну вылазку, взяли одних «языков» 400 человек и нашли две тысячи больных и раненых, оставленных турками.
Сохранение Азова казаки могли приписать только небесному заступничеству. Описание видений, бывших казакам во дни осады, пожалуй, больше чем что-либо другое, должно было поддержать мольбу азовских сидельцев, обращенную к царю Михаилу Федоровичу: «Чтобы пожаловал и чтобы велел у нас принять с рук наших ту свою государеву вотчину — Азов город, для светого Предотечина и Николина образов, и што им светом годно тут». Ибо только обладание Азовом, напоминали казаки, могло навсегда избавить Московское государство от татарских набегов: «Сем Азовым городом заступит он, государь, от войны всю свою украину, не будет войны от татар и во веки, как сядут в Азове городе».