Подготавливая новую атаку на Азов турки, как они считали, учли ошибки предыдущих походов (на Астрахань и первую осаду Азова). Численность турецкой армии идущей под Азов была увеличена. Крымские татары должны были в отличие от предыдущей осады не топтаться на месте, а совершить крупный набег на русские рубежи для отвлечения основных русских сил от устья Дона. Были сдвинуты на более ранние сроки выступления для того, чтобы успеть к осенних холодам.

В конце июня 1571 года 100-тыс. армия турок (20 тыс. янычар и тюфекчи, 20 тыс. спагов, 5 тыс. "немецких" наемников, 5 тыс. черкесов и 45 тыс. валашских, семиградских и молдавских вспомогательных войск) вновь обложила наскоро восстановленный Азов (имевший 10-тыс. гарнизон) с суши и сильной флотилией (150 галер и 200 чаек) блокировали с моря.

Одновременно с этим крымский хан собрав около 50 тыс. человек (татар, ногайцев и 7 тыс. янычар) пошел в на Русь. Впрочем в Москве также готовились к новым сражениям. Еще в апреле в Коломне был проведен смотр собранным войскам, во главе которых царь поставил М.И. Воротынского, армия которого насчитывала до 20 тыс. человек. Кроме того, на Дон было послано подкрепление, увеличившее численность находившихся там русских войск (вместе с казаками) до 40 тыс. чел. В принципе этого должно было хватить для того, чтобы с самого начала обречь татарский удар на неудачу.

Первоначально Девлет-Гирей собирался ограничиться набегом на козельские земли и повел войско к верховьям Оки. Но тут произошло событие, заметно изменившее дальнейший ход событий. К крымскому хану прибыли представители от оппозиционных царю русских придворных кругов, предложивших показать неохраняемые "проходы" в "Засечной черте", благодаря чему татары смогут подойти к Москве. И в ночь на 27 июля 1571 г. ногайский отряд мурзы Теребердея, шедший в авангарде крымских войск, стремительным ударом сбил русскую заставу, прикрывавшую "Сенькин перевоз". Находившиеся на ''берегу'' 200 "детей боярских" отступили, а татары стали разрушать укрепления на московской стороне реки. Другой неприятельский отряд, которым командовал Дивей-мурза овладел окским "перелазом" рядом с устьем р. Протвы, "против Дракина". Несмотря на захват второго плацдарма, главные силы татарской армии начали переправляться через ''Сенькин брод''. Русские воеводы, находившиеся в Кашире (Сторожевой полк И.П. Шуйского и В.И. Умного-Колычева) и Тарусе (полк Правой руки Никиты Романовича Одоевского и Федора Васильевича Шереметева) захваченные в врасплох не успели прикрыть эти переправы и помешать сосредоточению врага для решающего броска к Москве. В ночь на 28 июля 1571 г., прорвавшаяся через окский рубеж, армия Девлет-Гирея по серпуховской дороге двинулась к Москве. В этот критический момент самым решительным образом действовал М.И. Воротынский. Находившийся под его командованием Большой полк, оставив позиции под Серпуховом, пошел к Москве, вслед за крымской армией, отрезая ей пути отступления. С флангов от Калуги, наперерез татарам шли Передовой полк А.П. Хованского и Д.И. Хворостинина, от Каширы — Сторожевой полк И.П. Шуйского и В.И. Умного-Колычева. 30 июля на реке Пахре у деревни Молоди, в 45 верстах от Москвы, Передовой полк А.П. Хованского и Д.И. Хворостинина настиг арьергардные отряды армии Девлет-Гирея и разгромил их. Встревоженный ударом русской конницы, крымский хан остановил наступление и начал отвод своих войск из-за Пахры. Пока же он направил против войск Хованского и Хворостинина находившийся при нем 12-тысячный отряд, вступивший в сражение с русскими дворянскими сотнями. Отступая Передовой полк подвел противника под удар подошедшего к месту боев Большого полка, укрепившего свои позиции спешно поставленным "гуляй-городом". Начавшись небольшими стычками, столкновение у Молодей перерастало в большое сражение, от исхода которого зависела судьба всей войны.

Под прикрытием ружейного и артиллерийского огня засевших в "гуляй-городе" стрельцов, дворянские конные сотни контратаковали татар, затем снова отходили за линию щитовых укреплений, и вновь устремлялись на врага. Во время одной из атак погибли татарские военачальники Дивей-мурза и ногайский мурза Теребердей. Вскоре сражение начало стихать, возобновившись через два дня, в течение которых происходили короткие столкновения конных разъездов.

Получив известие о шедших к русским воеводам подкреплениях, Девлет-Гирей решил использовать последний шанс и повел свои войска в решительную атаку. 2 августа крымская армия штурмовала ''гуляй-город'', стремясь окончательно разгромить русских. Во время ожесточенного сражения под стенами деревянной крепости Большой полк под командованием М.И. Воротынского смог обойти неприятельскую армию, нанеся мощный удар с тыла. Одновременно противник был атакован находившимися в ''гуляй-городе'' отрядами русской и ''немецкой'' (набранной из ливонцев) пехоты, оставшимися там под командованием Д И Хворостинина.

Не выдержав двойного удара русских войск, татары отступили, понеся в последних боях колоссальные потери. Среди погибших оказались сыновья хана Девлет-Гирея; при штурме ''гуляй-города'' полегла турецкая янычарская пехота. В ночь на 3 августа крымская армия поспешно отступила на юг, преследуемая русскими отрядами. Стараясь оторваться от погони, Девлет-Гирей выставил несколько заслонов, которые были уничтожены преследователями. Из 50-тыс. армии, перешедшей в июле 1571 года русскую границу, в Крым вернулось около 10 тыс. человек.

Успех сопутствовал русским войскам и на других фронтах. После высадки в устье Дона турецкий командующий Мустафа-паша разделил свою армию на две части. Одна часть, численностью 40 тыс. чел. и составлявшая ядро османской армии, приступила к осаде города, начав под прикрытием привезенных с собой вязанок соломы, хвороста и мешков с шерстью рыть траншеи и строить батареи. И хотя на рассвете 25 июня гарнизон предпринял вылазку силами 2 тыс. чел., вынудив противника оставить первую траншею, но затем турки контратаковали, и пришлось отступить. Начался обстрел Азова их 3-х батарей. На это гарнизон ответил очередной вылазкой. Около 3 тыс. бойцов атаковали с нескольких направлений, дошли до траншей, перебив турецкий авангард. А после контратаки неприятеля отошли в крепость, потеряв 23 чел. убитыми, а 27 чел. было ранено.

Другая часть, во главе с заместителем командующего Капланом-пашой, насчитывавшая 60 тыс. чел. и состоявшая в основном из вспомогательных войск и конницы, двигалась вверх по Дону с целью разорить находящиеся по реке казачьи городки. Но под Черкасском, основанным в начале 1570 года 5-тыс. отрядом запорожских казаков, пришедших к Астрахани в 1569 году вместе с Вишневецким, и затем ушедших вниз по Дону, путь им преградило 35-тыс. русское войско во главе с Петром Серебряным. Зная о численном преимуществе противника Серебряный приготовился обороняться. Был возведен земляной вал с частоколом и выдвинуты вперед два небольших "гуляй-города". Левый фланг русских прикрывала река, правый казачья и ногайская конница. Кроме того, 10-тыс. отряд поместной конницы был оставлен в резерве. В центре позиций был оставлен проход в земляном валу между "гуляй-городами", прикрытый "немецким" полком, который по плану должен был выдержав первый натиск турок отойти и увлекая за собой противника, по флангам которого должны будут ударить артиллерия и поместная конница.

12 июля турки начали наступление. Первыми в атаку пошла турецкая конница — сипахи, обрушившись на центр русских позиций. Несмотря на мощный натиск, атака провалилась и сипахи были вынуждены отойти. Турецкая пехота так же не добилась успехов, атакуя русские позиции вдоль реки. Только ближе к полудню, направив острие атаки на русский правый фланг Каплан-паша смог потеснить казачью и ногайскую кавалерию и дать возможность прорваться сипахам в тыл противнику. Но которые сами тут же угодили под удар стоявшей до этого в резерве поместной конницы. В возникшей давке сипахи потеряли преимущество, понесли большие потери и стали отходить. Однако были атакованы оправившейся казачьей кавалерией. Увидев, что сипахи оказались в ловушке, но при этом и русская конница связана по рукам и ногам Каплан-паша приказал усилить натиск на наиболее слабый центр русских позиций, рассчитывая прорвав его раздробить русские силы и по одиночке разбить их. Ситуация сложилась отчаянная — посколько турки атаковали по всему фронту Серебряный не мог усилить центр. Но положение спасла стойкость "немцев" во главе с перешедшем на русскую службу Гаспаром фон Ольденбокеном. Выстроившись в линию они упорно отбивали все атаки неприятеля, пока на правом фланге окончательно не были добиты сипахи, после чего русская конница обрушилась на турецкую пехоту, приведя ее в замешательство. Затем, с целью поддержать ее удар в ринулась вперед вся русская армия. Не выдержав натиска турки побежали. Как доносил Серебряный: "Гнались и их рубили на версту и больше. И тех воинских людей побили и в полон поимали многих, знамена турецкие наимали многие ж".

После окончания битвы русские могли считать себя победителями — враг был разбит и был вынужден бежать. Но огромные потери — почти весь "немецкий" полк и половина кавалерии, в результате которых после битвы у Серебряного оставалось в строю 6 тыс. поместной конницы, 21 тыс. стрельцов и казаков. В то время как у турок под Азовом по прежнему находились лучшие войска, к тому же усиленные вернувшимися из под Черкасска частями, которые хоть и потеряли 18 тыс. чел., но по прежнему численно превосходили русскую армию. Впрочем, проблемы были у Мустафы-паши. Проигрыш битвы деморализовал солдат, а потеря почти всей сипахской конницы делала невозможным проведение фуражировки и дальней разведки. Дефицит продовольствия, которое из-за нехватки кораблей часто приходило с задержкой и в недостаточном количестве, заставляла армию балансировать на грани голода. Одновременно с этим, по указу Москвы, днепровские казаки, воспользовавшись уходом большинства боеспособных мужчин из Крыма, вышли в море и атаковав татарские селения сожгли Белгород-Днестровский (Аккерман), посеяв панику как среди татарского населения п-ова, так и в турецких владениях. А после того, как казаки захватили Козлов (Гезлев) с сосредоточенными там запасами хлеба, снабжение находящейся под Азовом турецкой армии стало еще более проблематичным. Но не смотря на это Мустафа-паша продолжил осаду, бросив все силы на взятие Азова. Выставив в нескольких верстах от основного лагеря вспомогательные войска во главе с Каплан-пашой в качестве прикрытия против полевой русской армии, его основные части стали рыть подкопы у городского вала, и одновременно воздвигли две новые батареи, которые стали вести огонь по городу. А 28-го июля турки начали штурм. На городские укрепления были брошены все силы. После ожесточенного боя турки были отброшены. Но на следующий день штурм возобновился. Прикрываясь фашинами, турки подошли к первой линии обороны и взорвав миной часть вала устремились в образовавшийся пролом. Но за взорванным укреплением наткнулись на второй вал, откуда по ним открыли огонь стрельцы. Потом была взорвана вторая мина. И массы турок двинулись в этом месте на приступ сбив стрельцов с этой позиции. В конце концов им удалось захватить "Земляной город", но осажденные укрылись в цитадели, взять которую турки не смогли. Кроме того, турки были вынуждены отвести от Азова большую часть своего флота, поскольку стали получать тревожные известия из Средиземного моря, где в Мессине для войны против Турции сосредотачивались испанская, венецианский и папский эскадры.

30 июля к Азову подошла армия Серебряного. В нескольких верстах от города путь им преградили укрепления Каплан-паши с "многочисленными пушками" на возведенном валу. 31 июля Серебряный начал штурм "Капланпашева вала". Первая, ночная атака не удалась. Несколько стрелецких и казачьих полков в полночь полезли на вал, подняли переполох в неприятельском лагере, но закрепится не сумели и были вынуждены отступить. День 1 августа русские ограничились простым обстрелом вражеских позиций, а 2-го утром Серебряный вновь двинул войска на приступ, в ходе которого, не смотря на сопротивление турок прорвал их позиции. Не видя возможности удержать вал и бросив 28 пушек, все палатки и обозы Каплан-паша начал организовано отходить, отогнав огнем преследующую конницу. Но отступить в полном порядке ему не удалось. Русские развернули брошенные неприятелем орудия и начали обстрел их отходящих колонн. Оказавшись под огнем турецкие войска в беспорядке ринулись в сторону азовского лагеря, но вновь попали под удар русской кавалерии, которая "на плечах" бегущих ворвалась в основной турецкий лагерь и подпалив его организовано отошла.

3 августа у турок был совет, на котором большинство командиров высказалось за снятие осады. Но Мустафа-паша тем не менее решился на отчаянный шаг — предпринять общий штурм, а если уж он будет безуспешным, то отступить. 8 августа турки атаковали цитадель, взрывом мины образовали пролом в стене в который и двинулись штурмующие. Навстречу им выкатили две пушки, и огнем из них отбросили назад. Одновременно с этим армия Серебряного атаковала турецкий укрепления, захватив часть внешнего вала. Но контратака янычар отбила позицию назад, хотя вызванное этим ослабление сил задействованных на штурме крепости предопределили его неудачу. После чего несколько дней шла перестрелка и стычки. Турки больше не решались атаковать и лишь ждали прибытия кораблей для эвакуации.

12 августа русские атаковали, вновь захватив внешний вал и часть орудий, но были контратакованы массой турецких войск. В завязавшейся ожесточенной схватке турецкий вал несколько раз переходил из рук в руки. Наконец, Мустафа-паша бросил в бой свои лучшие силы — янычар, оставив на позициях против Азова лишь вспомогательные войска. Позднее это будет считаться его ошибкой. Состоявшие в основном из валахов и молдаван эти силы не отличались стойкостью. Верно служащие туркам пока те одерживали победы, они, однако, быстро подвергались брожению и теряли боевой дух в случае неудач. И это сыграло свою роковую роль. Когда в городе увидели, что основные турецкие силы брошены против Серебряного, около 2-х тыс. человек сделали вылазку за городские стены, ударив по ослабленным позициям противника. Что вызвало панику среди выставленного против города заслона, которая как пожар распространившись по позициям вызвала полное обрушение турецкого фронта на этом участке. Началось повальное бегство, к которому примкнули и деморализованные черкесы. В результате возникшего хаоса ряды турок смешались. Хоть какой-то порядок сохраняли только янычары и немецкие наемники. Однако о том, чтобы удержать лагерь только их силами не могло быть и речи. В этой обстановке Мустафа-паша отдал приказ бросить лагерь и отступать к устью Дона в надежде спасти хотя бы часть своей армии. Частично его надежды оправдалась. Увлеченные добиванием рассеянных и деморализованных вспомогательных турецких войск, русские не приложили больших усилий к преследованию отходящих сил. Благодаря чему тем удалось дойти до устья реки. Но тут перед турками встала другая проблема. Поскольку основные силы турецкого флота были переброшены в Средиземное море, имевшихся в наличие кораблей было недостаточно для эвакуации всей армии, что вынудило Мустафу-пашу начать вывоз своих сил поочередно. Но это вызвало бунт немецких наемников, которые оказавшись в самом конце списка на эвакуацию решили что их просто собираются бросить на произвол судьбы. Бросившись к берегу они попытались захватить лодки и вне очереди переправится на корабли. Что вызвало вооруженную схватку между ними и янычарами, плавно переросшую в самое настоящее сражение, в котором большая часть наемников была уничтожена, а около 500 немцев смогло спастись уйдя в сторону войска Серебряного, где они поступили на русскую службу.