В 2.30 утра добровольцы разгрузили лестницы, которые привезли на верблюдах, и перетащили их вплотную к стенам около ворот, которые предстояло атаковать. Приближаясь к стенам, они наткнулись на спящего стражника; его присутствие вне стен указывало на существование тайного прохода, через который он выбирался наружу. Несколько чувствительных уколов остриями русских штыков — и пленник почел за благо показать его местонахождение. Умело замаскированный серым войлоком, точно соответствующим цвету стен, ход вел вверх к барбету, или платформе, возвышающейся над воротами. Это открытие стало чрезвычайной удачей для русских, которые уже слышали мощную орудийную канонаду со стороны дальних ворот. Вспомогательный отряд начал нападение, немедленно оттянув большинство защитников крепости к месту атаки.
Представилась возможность для наступления. Под прикрытием грохота бомбардировки русские стремительно пошли в атаку. Некоторые взобрались по потайному ходу, другие тихо вскарабкались по приставленным лестницам. Защитники были захвачены врасплох. В считанные минуты и без всяких потерь русские захватили ворота с внутренней стороны и заставили их открыть. Возглавляемая вооруженным одним крестом священником отцом Маловым, главная партия устремилась в город, сминая пораженных защитников, пытавшихся занять оборону на баррикадах и парапетах. Тем временем капитан и 250 солдат пробивались вдоль стены в сторону вспомогательного отряда, чтобы попытаться помочь ему прорваться в город. Поначалу сопротивление было отчаянным, но очень скоро начала сказываться превосходящая огневая мощь и тактика закаленных отрядов Черняева. Несмотря на призывы бухарских офицеров, защитникам не хватало фанатизма, с которым русские привыкли сталкиваться на Кавказе. Так что чуть более чем через час второй отряд также оказался в городе, и цитадель окончательно перешла в руки русских. К полудню они овладели половиной города. Тем временем вне городских стен 39 казаков Черняева разгромили отряд в 5000 вражеских всадников, многие из которых утонули при бегстве через реку.
Краткое затишье в сражении наступило тогда, когда про-российски настроенные горожане попытались заключить перемирие. Но попытка успехом не увенчалась, и бои вспыхнули вновь, продолжаясь и ночью. До той поры Черняев воздерживался от использования артиллерии из опасения разрушить город и создать угрозу жизни и собственности дружественных к России жителей. Но после целого дня битвы люди его были крайне измотаны. Так что он приказал выдвинуть орудия и обстреливать вражеские позиции, давая таким образом возможность своим войскам передохнуть. Вскоре многие строения в лабиринте улиц вокруг российских позиций уже горели, создавая защитное кольцо огня и позволяя воинам урвать немного столь отчаянно необходимых им сна и отдыха.
На следующее утро жестокая битва вспыхнула снова, но к вечеру защитники, помимо прочего чрезвычайно удрученные тем, что их покинули бухарские советники, сочли дальнейшее сопротивление бессмысленным. К тому же городские старейшины поняли, что если они не хотят превратить Ташкент в груду щебня, надо сдаваться. Встретившись с Черняевым, они обговорили условия капитуляции. На следующее утро генерал принял их от имени царя Александра, хотя и не был на то уполномочен. Старейшины преподнесли ему прекрасный бриллиант, а за выдающееся мастерство полководца, которое позволило русским захватить их город столь малыми силами, дали почетное прозвание «Лев Ташкента». Это была действительно удивительная победа. Российские потери составили всего двадцать пять убитых и восемьдесят девять раненых — ничтожная доля урона, который они причинили врагу.
Затем Черняев постарался завоевать расположение ташкентцев, особенно религиозных властей, стремлением к примирению и великодушием победителя. Он пришел в дом к главе мусульман Ташкента, поклонился в знак уважения и заверил, что вступил в город, не собираясь препятствовать старейшинам управлять делами города, как прежде, и не будет вмешиваться в религиозную жизнь. Зная о глубоком недовольстве населения наложенными кокандским ханом налогами, он освободил всех от уплаты любых налогов в течение года — очень популярный, хотя и дорогостоящий ход. Он в одиночку разъезжал по улицам и базарам, говорил с простыми людьми и даже принимал пиалу чая от совершенно незнакомых лиц. Открытость и добросердечие самого Черняева и его солдат и их великодушие не могли не покорить многих из тех, кто прежде представлял русских чуть ли не людоедами. Это была замечательная политика, жаль, что последующие российские командующие в Центральной Азии не всегда ей следовали.