Drugie oblężenie rozpoczęło się 5 listopada 1914. Tym razem nie dochodziło do bezpośrednich starć zbrojnych, lecz wojska rosyjskie otoczyły twierdzę, odcinając jednocześnie dostęp do dostaw zaopatrzenia. Sroga zima przyczyniła się do szybkiego wyczerpywania się zapasów twierdzy. Stopniowo zmniejszane racje żywnościowe zmusiły obrońców do dokonania uboju prawie 10 tysięcy koni będących na wyposażeniu. Z czasem coraz więcej żołnierzy zapadało na choroby. Zaczęto odnotowywać coraz częstsze dezercje. W dniach 17–19 marca dokonano próby przebicia się przez pierścień wroga. Próba okazała się nieudana, a straty oszacowano na 5,5 tysiąca zabitych, rannych i zaginionych. W odpowiedzi wojska rosyjskie przeprowadziły szturm ze wszystkich stron, lecz twierdzę zdołano jeszcze obronić. W wyniku coraz gorszej sytuacji obrońców, dowództwo twierdzy w porozumieniu z Naczelnym Dowództwem Armii w dniu 20 marca 1915 wydało rozkaz zniszczenia twierdzy i poddania się.

Od 18 marca zaczęto niszczyć wszelkie zapasy żywności i dobra materialne. 22 marca wysadzono w powietrze działa, forty i mosty na Sanie. 23 marca 1915 o godzinie 6 w sztabie rosyjskiej armii złożono akt kapitulacji twierdzy.