Армия Голицына продвинулась до болотистой Черной долины, где былй пастбища и источники воды, и остановилась на отдых. Татарские отряды захватили нескольких пленных, разузнав о силах русских, и 16 мая, когда они выступили из Черной долины и прошли несколько километров, их встретил хан с 50 тыс. всадников. Канцлер опять развернул свои силы несколькими обособленными лагерями, а татары, разбившись на множество отрядов, кружили рядом. Несколько раз они атаковали русскую кавалерию, оставшуюся вне подвижных укреплений. Но пехота и артиллерия прикрывали своих конников огнем и помогали отразить врага. А потом хан, высмотрев слабые места, обрушил на них два одновременных удара. Часть татар во главе с Нуреддином ринулась на казаков, которыми командовал думный дьяк Украинцев, а другая часть — на лагерь Шереметева. Казаков сбили с позиций и погнали. Их выручил Владимир Долгоруков, контратаковавший всеми полками Рязанского корпуса и отбросивший врага. А белгородцев татары потеснили, пробились было до обоза, но на этот раз части Шереметева устояли. Он лично возглавил бой, «выказав здесь отличную храбрость, так как он человек с великими достоинствами» (Невиль) и заставил противника отступить.
На следующий день армия продвинулась до речушки Каланчак недалеко от Перекопа. Здесь канцлер приказал всем корпусам объединиться в общее каре. Снова появились татары. Но увидели, что русские встали одним большим прямоугольником, убрали за ограждение из возов даже кавалерию, ощетинились пушками, и хан атаковать не стал. Увел войско за укрепления Перекопа.
мая разъезды увидели море дыма и пламени — хан приказал сжечь предместья и селения, разросшиеся с внешней стороны Перекопского вала. А сюда подтянулась вся наша армия. Остановилась на пушечный выстрел ото рвов. Ближе не дали подойти орудия, палившие с башен. В поле начались конные стычки русских и татарских добровольцев.Русское командование намеревалось атаковать с ходу, и пехота сразу принялась «под Перекоп шанцами приступати». Прибыли и парламентеры от хана с предложением мирных переговоров. Голицын их отверг, сославшись, что не может заключать мир без союзников. Впрочем, уловка крымцев была очевидной. Для них достаточно было потянуть время — огромное войско не могло долго стоять в степи без воды и фуража. Но когда осмотрелись и оценили ситуацию, стало ясно, что и без дополнительных затяжек положение русских очень незавидное. Взять нахрапом мощные укрепления нечего было и думать. А если начинать осаду — подходить к валам траншеями, бомбардировать (не имея тяжелых орудий), засыпать ров — это потребовало бы нескольких недель. Опять же без фуража и воды, в условиях наступившего знойного лета.
И даже если бы получилось прорвать укрепления — за ними простирались сухие степи Крыма. Хан говорил Нуреддину, что если Голицын «станет приступать, в Перекоп пустят и без бою всех поберут по рукам, а иные и сами от нужды иерсмруг». Ночью главнокомандующий собрал военный совет, и все командиры заявили: «Служить и кровь свою пролить готовы, только от безводья и безхлебья изнужились, промышлять под Перекопом нельзя, и отступить бы прочь!» Канцлер это тоже осознал. И принял решение — отступать. Что ж, итог вполне соответствовал полководческому и политическому уровню Голицына. Это ведь не каждый бы смог: не принимая в расчет сведений разведки, отмахиваясь от советов, организовать два похода. И только для того, чтобы убедиться — да, вход в Крым сильно укреплен. Почти по Цезарю: «Пришел, увидел… и ушел». 21 мая, бросив бревна и фашины, которые перли в такую далищу в обозах и на солдатских плечах, армия выступила в обратную дорогу.
Но теперь главнокомандующий боялся, что татары отрежут войско от своих границ и выморят в степях! Подчиненным шли панические указания. Готовились прорываться с боем и начали избавляться от «лишних» грузов. Однако хан не стал выводить в поле свою орду, а разослал лишь мелкие отряды. Они тревожили налетами арьергардные полки Гордона, отражавшие их огнем. Да в общем-то, татарские отряды и не принимали боя. У них и без того дел хватало. Собирали богатые брошенные трофеи, ловили отставших солдат. И опять принялись поджигать степи. Надломленная бесполезностью всех усилий, павшая духом армия сквозь чад и гари, под июньским солнцепеком з недели ползла до Новобогородицка.
И лишь здесь перевела дыхание. В крепости оставили весь обоз и налегке, за 6 дней, дошагали до Ворсклы. 29 июня армию распустили по домам. По данным Лефорта, потери составили 20 тыс. убитыми и умершими, 15 тыс. пропавшими без вести (пленными и дезертирами), при отступлении было брошено 70 пушек. Софья вновь поспешила объявить о выдающейся победе. Хана, мол, разгромили и в Крым загнали, ужо будет знать наших! И награды последовали очень щедрые. Голицыну — 1500 крестьянских дворов, боярам по 300, офицерам и нижним чинам — медали, «копейки», выплаты. Тем, кто уцелел.