5 июля Миних двинулся вверх по Бугу, оставив в Очакове двухтысячный гарнизон. Отойдя 60 км от Очакова, Миних остановится в ожидании подхода турецкой армии.

Лишь 16 июля головной отряд Брянской флотилии, состоявший из 17 дубель-шлюпок и 70 больших лодок, пришел в Очаков. На судах находилось много боеприпасов, продовольствия и строительных материалов.

Турецкая армия так и не подошла к Очакову, и Миних с основными силами в середине августа начал отход на Украину. Фельдмаршал разделил армию на несколько корпусов, но переправа их через Днепр планировалась в одном месте — по мосту у Переволочной. Там корпуса разделились, и каждый полк пошел своим путем на зимние квартиры. Фельдмаршал избрал для своей главной квартиры Полтаву.

В ходе похода Миниха в 1737 г. русская армия потеряла 11 тысяч человек регулярного войска и 5 тысяч казаков. Почти вдвое больше погибло солдат интендантской службы и крестьян, сопровождавших подводы. И на этот раз большая часть потерь личного состава пришлась не на боевые потери, а на болезни. Велики были потери в лошадях и волах. Одна артиллерия потеряла более 15 тысяч пар волов. Из-за нехватки лошадей и волов всю осадную и большую часть полевой артиллерии Миних вынужден был оставить в Очакове. Везти же пушки на судах против течения Днепра через пороги было нереально.

Миних оставил в Очакове генерала Штофельна с гарнизоном в 8000 человек. Кроме того, у Очакова стояли корабли Брянской (Днепровской) флотилии. Штофельн энергично восстанавливал укрепления Очакова. Изнурительная работа, плохая пища, испарения более 40 тысяч трупов людей и скота вокруг крепости вызвали большую смертность от болезней. К октябрю умерло и заболело около 3 тысяч человек.

6 октября 1737 г. впервые у Очакова появились турецкие корабли, но, заметив движение на судах Брянской флотилии, через два часа ушли в море.

В октябре конный отряд неприятеля атаковал новый русский редут, расположенный вблизи лимана. Наконец, 15 октября турки с суши обложили Очаков. Неприятельская армия состояла из 20 тысяч турок и 30 тысяч татар. Командовали ею Иентш-Али-паша и крымский хан Бегли Гирей.

17 октября 6 тысяч янычар пошли на приступ. Турки понесли большие потери от артиллерийского и ружейного огня. Дело решила контратака гарнизона. Турки были отброшены от крепости и потеряли свыше двух тысяч человек

18 октября впервые заговорила турецкая осадная артиллерия, в составе которой были 18- и 24-фунтовые пушки.

В ночь с 19 на 20 октября осажденные сделали вылазку и захватили турецкий редут. Было убито 150 турок и заклепано 6 осадных орудий.

25 октября турки отправились на новый штурм. Как только рассвело, 6 тысяч турок с яростью бросились штурмовать редуты, устроенные у моря. После часового сражения они овладели ретраншементом, захватили редуты и проникли до Каланчи. Но успех был непродолжителен. Штофельн отправил из города тысячу человек под командованием бригадира Братке, которые и отбили турок со всех сторон. И выгнали из ретраншемента и из редутов и преследовали вплоть до их лагеря. Смятение в турецкой армии было общее.

Часть турок бросилась бежать. Лишь применив оружие, турецким офицерам удалось восстановить порядок. Этот штурм стоил неприятелю до двух тысяч человек. У осажденных оказалось убитыми только 150 человек, и потеря была бы еще меньше, если бы тридцать человек сгоряча не вздумали, прогнав неприятеля, еще преследовать его, несмотря на запрещение офицеров. Как только турки несколько опомнились, они сейчас же всех перебили.

При отражении штурма большие потери противнику были нанесены легкими 6-фунтовыми мортирами Кегорна.

26 и 17 октября турки вели интенсивную бомбардировку Очакова, но потерь у русских практически не было. В Очакове почти не осталось жилых домов, так что гореть было нечему, а весь гарнизон был размещен в редутах, на стенах крепости, а также в специальных укрытиях типа блиндажей («крытом пути»).

29 октября, за час до рассвета, неприятель взорвал мины, подложенные им против бастиона Левендаля. Но так как мины были установлены в небольших углублениях, то они не нанесли вреда ни палисадам, ни стоявшим позади их войскам. Спустя полтора часа турки, - при содействии огня всей своей артиллерии, произвели ложную атаку на редут, устроенный на высоте со стороны лимана. После этого они внезапно повернули направо, к Измайловским воротам, и с этой стороны пошли на приступ со всей пехотой и пятью тысячами спагов, которые должны были спешиться. Атака турок была настолько яростной, что 300 человек прорвались через палисад и проникли к Измайловским воротам. За ними несколько сот турок перешли через палисад, напротив Кристофельских ворот, и, продолжая атаку во рву, достигли Водяных ворот.

Однако гарнизон так стойко защищался, что неприятель скоро был отбит и отброшен до его собственного ретраншемента. Его потери составили до четырех тысяч человек. Способствовал поражению турок взрыв других мин, подожженных русскими во время штурма с большим успехом. Многие турки взлетели на воздух. Остальные, опасаясь той же участи, так струсили, что офицеры не могли помешать их отступлению и бегству. Во время штурма Штофельн командовал в стороне «крытого пути», а бригадир Братке и полковник Ведель находились вблизи Водяных ворот.

Во время этой осады и особенно в последнем деле очень пригодились русским пики. Когда неприятель, овладев рвом, атаковал Водяные ворота, то полковники Ведель и Ла-Тур сделали вылазку из других ворот, пошли колонной на неприятеля, и их люди в этом случае действовали только пиками, как единственным орудием, которым можно было обороняться от турецких сабель.

За весь день неприятель не сделал уже ни одного выстрела и возобновил огонь своих батарей, усилив его, только 30 октября. В середине дня турки принесли в апроши лестницы и фашины для нового приступа. Но спустя три часа после захода солнца неприятель вдруг прекратил пальбу, а потом во многих местах его лагеря осажденными были замечены огни. Из крепости в лагерь были направлены разведчики, но они там уже никого не застали, а с батарей исчезли пушки и мортиры.

На рассвете следующего дня Штофельн выслал сильный конный отряд к турецкому лагерю. Выяснилось, что неприятель поспешно бежал, оставив на месте большое количество бомб, гранат, фашин, лестниц, лопат и кирок.

Несколько запорожских казаков, выезжавших из своей станицы почти под самые Бендеры, в тот же день прибыли в Очакове известием, что турки в полдень переправились через речку Березовку, что в 15 км от Очакова. 1 ноября выяснилось, что турки ушли уже за 40 км.

В тот же день русские солдаты очистили ров и окрестности города от мертвых тел. После штурма 29 октября было найдено три тысячи неприятельских трупов. Вся осада стоила туркам более 20 тысяч войска, из которых половина умерла от болезней. Способствовали смертности людей и неудаче предприятия наступившие уже холода и непрерывные дожди.

После неудачи последнего штурма около 10 тысяч турок бежало из лагеря, несмотря на то что несколько десятков дезертиров поймали и им отрубили головы. Оставшиеся явно были не настроены продолжать осаду. Сераскир понял, что продолжение осады грозит катастрофой, и предпочел организовать эвакуацию, благодаря чему туркам удалось увезти всю артиллерию.

Боевые и санитарные потери очаковского гарнизона составили две тысячи человек.

Фельдмаршал Миних был очень обеспокоен походом турок к Очакову. По его приказу к Очакову сухим путем двинулся генерал-поручик Леонтьев с 10 тысячами человек. Кроме того, несколько полков были посажены на суда для отправки вниз по Днепру. Последние перевалили уже через пороги, как пришло известие, что турки удалились.

Императрица осталась весьма довольная действиями генерала Штофельна. Она не удовольствовалась производством его в генерал-поручики, а бригадира Братке — в генерал-майоры. Первому она пожаловала значительные поместья на Украине, а всему гарнизону выдала в награду жалованье за несколько месяцев.