10 августа Паскевич направил в крепость Мута-бека и предложил гарнизону капитулировать. Турецкое командование ответило гордым отказом, пообещав драться до последней крайности и умереть с оружием в руках. В крепости оставалось 10-15 тыс. человек, укрепления были сильными, Киос-Мухаммед–паша считал, что шансы отстоять Ахалцых высокие. Была надежда и на помощь извне.
Русский корпус не имел времени, сил и ресурсов для длительной осады – только быстрота действий могла решить исход дела в пользу России. Отдельный Кавказский корпус вскоре мог начать испытывать нехватку боеприпасов, провианта и фуража. Кроме того, из Эрзерума на помощь Ахалцыху готовились направить новое войско. Началась бомбардировка крепости. Обстрел причинил городу большие разрушения и его жители стали просить Киос-Мухаммед-пашу начать переговоры с русскими. Турецкий паша, опасаясь городского восстания, приказал изъять оружие у всех городских христиан – армян, грузин и других. Почти пять суток шла бомбардировка крепости. Время от времени турецкие батареи пытались отвечать, но их быстро давили метким огнём. 12 августа турецкому гарнизону вторично предложили сдаться. И вновь последовал категоричный отказ.
Штурм назначили на 15 августа. Ширванский полк должен был взять ключевую позицию обороны противника – северный бастион. В целях обеспечения внезапности атаки, приняли решение идти на штурм не на рассвете, а в 16 часов. В течение последних трех дней перед штурмом регулярно производили в это время смену рабочих команд и пехотного прикрытия на батареях. Это должно было притупить бдительность турецкого гарнизона. Артиллерийские позиции были приближены к северному бастиону практически вплотную. Огонь русских орудий сгонял с бастиона турецких стрелков и, заставляя их укрывать пушки. Удалось в нескольких местах разрушить палисад.
Перед штурмом Иван Фёдорович Паскевич объехал Ширванский полк, у него был полковой праздник и сказал: «Дарю, молодцы, вам эту крепость: идите и берите её!...» В 16 часов ударили все батареи, штурм начался. Противник, привыкший к ежедневной смене войск на русских позициях, не ожидал этой атаки. Ширванцы двинулись на штурм. Впереди был полковник Бородин, за ним группа офицеров полка, знаменосцы, хор полковых песенников, затем первый батальон во взводных колоннах. Далее – полковые музыканты, второй батальон, рота саперов, два орудийных расчёта Донской казачьей батареи есаула Зубкова. Песенники во все горло выводили: «Ой, во поле липонька стояла…». Стрелки дружно подхватили песню. Играли музыканты.
Из турецкого бастиона открыли беспорядочную пальбу, которая постепенно усилилась. Остановить ширванцев не удалось – передовая цепь была уже в 50 метрах от бастиона. Русские воины дружно ворвались в пробитый в палисаде пролом, преодолели ров и полезли на повреждённые стены бастиона. Османы яростно отбивались. Первым взобрался на стену барабанщик Иван Головченко. Пока стрелки во главе с майором Рыдзевским очищали бастион от противника, саперы расширяли пролом в палисаде. Северный бастион взяли ценой гибели 21 человека, раненых было намного больше.
В пролом вошла вся колонна, и саперы начали затаскивать пушки и зарядные ящики. Расширяя фронт атаки, Бородин направил первый батальон подполковника Юдина вправо, второй батальон подполковника Овечкина – влево. Цепь «застрельщиков» Рыдзевского теперь была в центре боевого порядка полка. Перед ними на открытой возвышенности стояла армянская церковь, её использовали как укрытие сотни турецких солдат. Они опоздали на защиту бастиона, но теперь перешли в контратаку. К ним спешили на помощь и другие подразделения. Русские стрелки отбили вражескую атаку, но понесли тяжелые потери. Погиб и их командир – майор Рыдзевский. Полковник Юдин видя тяжелое положение соседей, нанес удар по их флангу. В это время передовой отряд стрелков возглавил командир полка, и они оттеснили противника к церкви. Но взять строение не удалось. Солдаты залегли на кладбище у церкви. Завязалась перестрелка.
В это время саперы перенесли через брешь два орудия. Услышав первый артиллерийский выстрел, ширванцы снова пошли в атаку. Однако османы продолжали упорно сражаться. Русские войска несли тяжелые потери – пал полковник Бородин и был тяжело ранен подполковник Овечкин. Из строя выбило почти всех офицеров полка. Киос-Мухаммед-паша перебрасывал к месту прорыва всё новые и новые силы. В этой критической ситуации полк возглавил полковник Бурцев. Он поставил задачу – любой ценой удерживать позицию на кладбище. Во время этого тяжелого боя саперы, которые также потеряли почти всех офицеров, строили ложементы - небольшие окопы для укрытия войск и орудий, прикрытые со стороны неприятеля турами. Около 18 часов внутри крепостной стены было построено полевое укрепление, фронтом к турецкому гарнизону. Вскоре донские артиллеристы усилили укрепление 5 орудиями батареи есаула Зубкова. Казачий офицер практически сразу получил контузию. Затем на бруствер поставили 6 мортирок. Теперь атаки противника стало отбивать намного легче.
Пока шел этот бой, русские осадные батареи продолжали обстрел города. Вражеский гарнизон держали в напряжении. Около 19 часов в городе возник сильный пожар, который жители не могли потушить. Вскоре Бурцев смог развить успех – ширванцы захватили церковь и продолжили наступление. Их наступление поддерживал огонь батареи. Кроме того, четыре пушки установили на крышах домов, а горные единорог и несколько мортирок на плоской крыше церкви. Дела у наступающих ширванцев пошли веселее. Паскевич усилил Ширванский полк батальоном Херсонского гренадерского полка. Вслед за ним правее бреши в город ворвался батальон 42-го егерского полка и с 4 пушками. Егерям пришлось также сложно, как и ширванцам. Пришлось с бою брать почти каждый дом, пали почти все офицеры.
Дома, которые обороняли турки стали забрасывать гранатами, поджигать. Ветер разнес огонь по западному и южному предместьям. Турецкие войска стали покидать внешние укрепления и отступать к цитадели. Огромные толпы горожан старались во время штурма перейти к русским войскам, их отводили в тыл. В полночь рота эриванских карабинеров при поддержке двух орудий донских казаков захватила северо-восточный бастион. Турки окончательно покинули внешние укрепления. Ещё до рассвета солдаты Грузинского гренадерского полка заняли последний остававшийся у противника бастион – восточный.
Киос-Мухаммед-паша прислал переговорщиков. Они стали просить 5 дней перемирия. Паскевич дал на раздумье 5 часов. Вторая турецкая делегация попросила дать гарнизону возможность спокойно покинуть Ахалцых. Граф Эриванский дал согласие, чтобы избежать лишнего кровопролития. На условии сдачи всего оружия и военного имущества. В цитадели капитулировал 4 тыс. гарнизон. Остальные выжившие ночью разбежались.
В 8 часов утра 16 августа 1828 года над главной башней цитадели было поднято Георгиевское знамя Ширванского полка. Это было первое взятие Ахалцыхской крепости за 250 лет. Турецкая армия потеряла во время этого штурма 5 тыс. человек. Среди убитых нашли много женщин, которые вычернили себе лица. Самые высокие потери понесли турецкие артиллеристы – погибла подавляющая часть османских канониров. Почти вся турецкая артиллерия была разбита и повреждена. Трофеями стали 66 орудий, 52 знамени, большие запасы пороха и оружия. Отдельный Кавказский корпус потерял при штурме более 600 человек убитыми и ранеными, из них 62 были штаб- и обер-офицерами. За Азалцыхскую победу Паскевич был пожалован кавалером ордена святого Андрея Первозванного, а Ширванский пехотный полк был назван его именем, полководец стал его шефом. Победа в Ахалцихском сражении и штурм Ахалцыха стали одними из самых замечательных дел в биографии Ивана Федоровича.