К началу боев за перевал соотношение сил на участке главного удара оказалось для русских крайне неблагоприятным: 12 тыс. наступавших турок командир отряда, занимавшего Шипкинский перевал, Н. Г. Столетов мог противопоставить лишь 6 тыс. русских солдат и болгарских ополченцев. Единственное, в чем русские превосходили противника, — это в артиллерии.
Сулейман-паша рассчитывал овладеть перевалом за одни сутки. Однако бои продолжались непрерывно с 9 по 14 августа и не принесли туркам успеха. Их потери составили около 45 % личного состава армии. Русские и болгары потеряли около 24 %.
Августовские бои на Шипке сыграли исключительно важную роль. Удержав перевал, русские и болгары предотвратили соединение двух турецких группировок и сорвали планы их совместного наступления на позиции Дунайской армии между Дунаем и Балканами.
В сентябре и октябре турецкие части еще несколько разпытались сбить гарнизон с перевала, но тщетно. В ноябре-декабре главным врагом русско-болгарского отряда стал холод. Ухудшилось и снабжение, порой солдаты не имели в достатке даже сухарей. Однако ничто не могло сломить героических защитников Шипки. «Шипкинское сидение» показало беспримерное геройство русских солдат, кровью скрепило братство по оружию русских и болгарских воинов.
Одновременно с наступлением на Шипку начала боевые действия самая многочисленная турецкая армия, стоявшая в четырехугольнике крепостей, однако начала их вяло и нерешительно. В общем с концентрированным наступлением у турецкого командования ничего не получилось.
Но и русская армия, не решив вопрос о Плевне, не могла перейти в наступление. Русское командование отдало приказ штурмовать укрепленный лагерь. Под Плевной получила боевое крещение и молодая румынская армия: по соглашению с Россией Румыния направила туда 32 тыс. солдат и 108 орудий.
Понимая, что сражаться с хорошо укрывшимся противником, обладающим достаточным запасом снарядов и патронов, — дело трудное, штаб русских войск начал с массированной артиллерийской подготовки. Она продолжалась четыре дня и велась из 130 орудий. Однако турецкая оборона расстроена не была.
Штурм Плевны не прекращался два дня, 30 и 31 августа. Взять ее тем не менее так и не удалось. Союзные русско-румынские войска потеряли около 15 тыс. человек (румыны — около 3 тыс.).
Неудача под Плевной произвела тяжелое впечатление на армию. Главнокомандующий и многие чины штаба обсуждали даже вопрос об отводе войск от Плевны и возвращении в Румынию. Лишь по настоянию военного министра Д. А. Милютина было принято решение блокировать город.
В октябре специально созданный отряд во главе с генералом И. В. Гурко, в состав которого вошли части гвардии, вызванные к тому времени из России, изолировал Плевну от внешнего мира. Гвардия перекрыла Софийскую дорогу, в двух столкновениях, под Горным Дубняком и Телишем, разгромила турецкие группировки и замкнула кольцо вокруг города. Этим Гурко сорвал также замысел противника деблокировать плевненскую группировку силами войск, которые турки сосредоточили в районе Орхание, к юго-западу от Плевны. Гурко нанес упреждающий удар и разгромил их. Блокада была обеспечена, русские заняли выгодные позиции непосредственно в предгорьях Балкан.
Положение турецкой армии в осажденной и блокированной Плевне быстро ухудшалось. Близился голод. Заканчивались боеприпасы. Ждать помощи извне не приходилось. 28 ноября войска Османа-паши предприняли отчаянную попытку прорваться, однако неудачно. Во второй половине дня турки капитулировали. В плен сдалось более 43 тыс. человек.
Падение Плевны совершенно изменило обстановку на театре военных действий. Явственно обозначился перелом в пользу России. Начался третий этап войны.
Успех под Плевной имел огромное моральное значение. Во-первых, он укрепил веру в близкую победу, ослабил тягостное впечатление от летних неудач. Во-вторых, он содействовал сплочению народов-союзников: русских, болгар и румын.
Вскоре войну Турции объявила Сербия. Отныне плечом к плечу против османского господства вели борьбу Россия, Болгария, Румыния, Черногория и Сербия.
После падения Плевны султан обратился к великим державам с просьбой о посредничестве в мирных переговорах. Лондон с готовностью откликнулся: уж очень скверно чувствовали себя на берегах Темзы в преддверии русской победы на Балканах. Однако русское правительство справедливо расценило такое посредничество как неприемлемое и отвергло его. Туркам предложили обратиться к тем, кто руководил сражающимися армиями.