Сражение началось 20 сентября и продолжалось трое суток. Оно закончилось безрезультатно. Турки, потеряв около 5 тысяч человек убитыми и ранеными, удержали занимаемые позиции. При этом потери русских составили 530 человек убитыми, 3150 ранеными и 86 пленными. Это было самое кровопролитное сражение, произошедшее на Кавказе в ту войну.

27 сентября турецкие войска начали отход на свою территорию. Михаил Николаевич, узнав об этом, двинулся следом. Его войска 3 октября настигли, атаковали и нанесли поражение противнику в сражении при горе Авлиар, где неприятель лишился 15 тысяч человек убитыми и ранеными, 7 тысяч пленными и 35 орудий. Потери русских составили 121 человека убитыми и 1114 ранеными. Так Анатолийская армия оказалась рассеченной надвое. Ее правое крыло оказалось в кольце окружения. После этого левый фланг турок в панике начал беспорядочное отступление к крепости Карс, под защиту ее стен. За одержанную победу великий князь был награжден орденом Святого Георгия 1-й степени. Но главнокомандующий не смог до конца использовать плоды одержанной победы, так как преследование отходящего противника началось только на третий день.

Примечательно, что в этом сражении русские впервые широко использовали для управления войсками телеграф. Такой новинкой военной техники их противник пока не обладал.

После этого 16-й драгунский Тверской полк в составе других войск был снова направлен к Карсу. В то время командование Карсским отрядом, насчитывавшим 32 тысячи человек при 146 орудиях, было поручено 57-летнему генерал-лейтенанту И. Д. Лазареву. Этот военачальник, выходец из карабахских армян, почти 40 лет прослужил на Кавказе и хорошо знал этот регион. В сражении при Авлиаре он руководил действиями обходящего отряда, решившего успех операции.

14 октября русские войска блокировали Карс с гарнизоном в 25 тысяч человек при 303 орудиях. Завершив подготовительные работы, в ночь на 6 ноября 1877 года Лазарев повел соединения на штурм крепости. Карс пал в тот же день. В крепости было обнаружено 3 тысячи убитых и 5 тысяч раненых и больных турок. Еще 17 тысяч человек, в том числе 5 пашей и 800 офицеров, сдались в плен. Урон русских войск при осаде и штурме крепости составил 488 человек убитыми и 1788 ранеными.

После взятия Карса меньшая часть осадного корпуса была направлена к Эрзеруму, где обстановка складывалась для русских не совсем удачно. Эрзерумский отряд в 18 тысяч человек при 98 орудиях под командованием генерал-лейтенанта Геймана 12 октября настиг 5-тысячный отряд противника на Зевинских позициях. Несмотря на большое численное превосходство и полное отсутствие у турок артиллерии, Гейман не решился на атаку и остановил свои войска, позволив противнику отойти к Эрзеруму и укрепиться в том районе.

21 октября Гейман, дождавшись прибытия войск из-под Карса, принял, как старший по званию, общее руководство силами в 25 тысяч человек при 90 орудиях. Через два дня он атаковал турок на позициях при Даве-Бойну и нанес им поражение. Неприятель лишился убитыми и ранеными около 3 тысяч человек, стольких же пленными и всех 43 орудий. Потери русских в сражении составили 129 человек убитыми и 800 ранеными. Остатки вражеских войск бросились в Эрзерум, сея панику. Население крепости, не надеясь на силу оружия, открыло ворота и стало ждать прихода победителей, но их все не было…

Орден Святого Станислава с мечами, которым был награжден А. А. Брусилов в 1878 г.

Из-за своей нерешительности Гейман вновь упустил победу. Трое суток русские войска бесцельно простояли в 20 верстах от крепости, позволив турецкому командованию восстановить утерянное управление и приготовиться к обороне. Только в конце дня 27 октября части Кавказской армии подошли к Эрзеруму и практически с ходу начали штурм крепости. Он был отражен с потерей около 600 человек убитыми, ранеными и пленными. Убедившись таким образом в силе турок, Гейман снял осаду и отвел войска на зимовку в Пассианскую долину. Вскоре туда же прибыли резервы из-под Карса. Это неустроенное место стало гибельным для россиян. Вспыхнула эпидемия тифа, в числе многочисленных жертв которой стал и неудачливый генерал Гейман.