Jednak dywizja wykrwawiona i zmęczona toczonymi od dwóch miesięcy ciężkimi walkami odwrotowymi mogła sama nie sprostać temu zadaniu, dlatego w przededniu bitwy na pomoc Bezruczce wysłano 31 Pułk Strzelców Kaniowskich pod dowództwem kapitana Mikołaja Bołtucia.

W dniach 25–28 sierpnia przeprowadzono prace fortyfikacyjne, do których zaangażowano około 3,5 tysiąca mieszkańców Zamościa. Ukraińscy saperzy rozłożyli na przedpolach miasta setki min oraz stworzyli kilkuwarstwową sieć zasieków, której długość w niektórych miejscach sięgała 18 kilometrów.

Bitwa Do obrony wykorzystano stare zabudowania Twierdzy Zamość, które okazały się szczególnie pomocne. Przez małe otwory strzelnicze prowadzono celny ogień z karabinów maszynowych, podczas gdy ich strzelcy byli niemal całkowicie osłonięci przed kulami przeciwnika.

Zmasowane ataki bolszewików trwały od 29 do 31 sierpnia i były powtarzane w dzień oraz w nocy. Miasto znalazło się w całkowitym okrążeniu, a oddziały walczące do 28 sierpnia w okolicznych wsiach zostały zmuszone do wycofania się do Zamościa. Bolszewikom nie udało się jednak dokonać żadnego większego wyłomu w pierścieniu obrony miasta. Sowiecką piechotę i kawalerię powstrzymały pola minowe oraz opór na murach miejskich.