Dzięki umiejętnie prowadzonym robotom ziemnym udało się zasypać fosę. Następnie stopniowo, pracując ciężko każdego dnia, przybliżano do twierdzy wysoki wał ziemny, z którego bombardowano miasto pociskami działowymi. Gdy 27 lipca Kozacy niespodziewanym atakiem opanowali część azowskich fortyfikacji, obrońcy znaleźli się w beznadziejnej sytuacji i 28 lipca zawiadomili Szejna o chęci kapitulacji, zastrzegając sobie honorowe warunki – wyjście z twierdzy wraz z rodzinami i bronią. Rosjanie przyjęli te warunki i 29 lipcaWładysław A. Serczyk Piotr Wielki; według Małej Encyklopedii Wojskowej Azow skapitulował 30 lipca. Azow dostał się w ręce Rosji. Trzy dni później skapitulował leżący niedaleko fort Lutyk.
Zdobycie Azowa zrobiło wielkie wrażenie nie tylko w Moskwie, ale także w Europie. Zwycięzcy Rosjanie długo świętowali w Azowie, zamieniając w międzyczasie meczety w cerkwie. Car Piotr dopiero 13 sierpnia ruszył w triumfalną podróż do Moskwy, a ceremonialny wjazd do stolicy odbył się 10 października.
Zwołana 30 października Rada Bojarska nakazała przesiedlić z Ukrainy do Azowa 3000 rodzin, a w twierdzy umieścić stały garnizon w sile 500 żołnierzy.