В середине сентября Платен занял Шифельбейн и Регенвальде. Действующая в тылу пруссаков русская легкая конница Берга (заменил на посту ее командующего Тотлебена) не сумела эффективно противостоять им. Тем временем Платен упорно шел на Кольберг. Кроме Берга, Бутурлин направил против него дивизию князя Долгорукова, но она отставала от пруссаков на два-три перехода.
19 сентября Платен занял Керлин, совсем недалеко от Кольберга. Румянцев приказал Долгорукову атаковать Керлин и послал ему на помощь отряд Минстера, а сам с полком пехоты пошел вслед. Казалось, сильно уступавший русским в численности Платен обречен, тем более, что войска Долгорукова, подойдя ночью к Керлину, увидели лагерные костры. Долгоруков назначил на утро атаку, но… выяснилось, что Платен намеренно разложил костры и той же ночью тихо ушел на соединение с принцем Евгением. Последний одновременно ударил по русским блокадным частям. Румянцев был вынужден повернуть назад, а Платен в обход отряда Минстера прорвался в лагерь, увеличив силы пруссаков еще на 10 тысяч штыков и сабель. Положение осадного корпуса (хотя и пополненного дивизией Долгорукова) стало угрожающим, кроме того, флот из-за непогоды ушел в Ревель.
В сложившихся условиях граф Бутурлин неоднократно отзывал Румянцева назад. Трижды собранный военный совет высказывался за отступление от стен Кольберга. Румянцев, несмотря на холод и невзгоды поздней осени, не повиновался. Русские постоянно прерывали линию коммуникаций противника и решительно пресекали все попытки вылазок осажденного гарнизона. Для этого легкая конница Берга намертво перекрыла дорогу Кольберг — Штеттин, по которой пруссаки получали провиант и боеприпасы. В начале октября Берг у деревни Вейсенштейн разбил крупный транспорт, охраняемый отрядом майора Подчарли и пленил пруссаков, включая их командира. Суворов с эскадроном сербских гусар в это время атаковал еще одну прусскую партию — полковника де Корбиера, нанес ей поражение и долго преследовал.
В это же время русская армия уходила из Пруссии в Померанию и далее за Вислу и Мариенвердер, на зимние квартиры. Бутурлин, ввиду прекращения кампании, приказал соединиться с Бергом кирасирским полкам генерал-поручика князя Волконского. Дивизия Фермера получила приказ идти непосредственно к Кольбергу. В это время (из-за недостатка провианта и фуража) из крепости к Штеттину ушел Платен. Русские нанесли по его войскам несколько ударов и вынудили к отступлению. Платен вначале отошел к Трептау, а затем двинулся к крепости Гольнау, прикрываясь сильным арьергардом де Корбиера. Этот отряд был атакован Бергом у самого Гольнау, на открытой равнине, сильно раскисшей после ливней. Заболоченная местность не дала выйти в атаку русским кирасирам, к тому же пруссаки успели изготовиться и открыли картечный огонь. Однако каре де Корбиера было опрокинуто и разбито вместе с небольшим отрядом конницы. При этом русские гусары успели захватить еще и прусских фуражиров.
Подошедший Фермор два часа обстреливал Гольнау, где заперся Платен, но пруссаки сумели уйти и на этот раз (русские не рискнули штурмовать эту крепость ввиду ее якобы «чрезмерной укрепленности»). Платен отошел в лес, а в крепости оставил гарнизон, усиленный несколькими батальонами с конницей и артиллерией, расположившимися на Гольнауском мосту. По приказу Берга Суворов с гренадерским батальоном ворвался на мост, смел заслон, пробился в крепость и захватил ее. После этого Платен вновь отступил, причем Берг преследовал его до Дамма, а Фермор остался на месте.
В это время Румянцев вновь занялся фланговым обеспечением своих позиций под Кольбергом. Оставив перед вражеским лагерем пехоту Долгорукова, он перешел на западный берег Персанты и очистил ее устье от прусских постов. После этого русские вновь подошли к Трептау, где находился маленький отряд генерал-майора Кноблауха (направлен туда принцем Евгением для обеспечения связи с Платеном). Платен, отступая к Штеттину, неосторожно оставил Кноблауха для защиты коммуникаций и подставил его под удар 18 тысяч русских. Подвергшись обстрелу из орудий, 11 сентября пруссаки сдались. Всего в плен попали 61 офицер, 1639 солдат при 15 знаменах и 7 пушках. После этого Румянцев предложил принцу Евгению капитулировать, но тот отказался… Однако с началом по-балтийски холодной и сырой осени пруссаки стали ощущать нехватку фуража и дров.
Вскоре корпус Румянцева был усилен до 35 тысяч человек. Ему в помощь Бутурлин оставил в Пруссии еще два: Волконского на Варте и Чернышева в Силезии. Эти изолированные соединения легко могли быть разбиты пруссаками по частям, но Фридрих к тому времени был слишком слаб. Однако поддержку Кольбергу он оказывал бесперебойно, выделяя из своих скудных запасов все возможное и невозможное. Ослабленный поражениями корпус Платена был усилен отрядом Шенкендорфа (5000 человек); Платену поставили задачу вновь атаковать магазины и фураж как Румянцева, так и Волконского. Однако эти намерения не осуществились — Платен и Шенкендорф были скованы действиями Берга и не решились на активные действия.
В ночь на 14 ноября принц Вюртембергский, так и не дождавшись помощи, отступил из лагеря. При этом сторожевые посты осадного корпуса упустили пруссаков, ушедших через соединенный с морем протокой плес. По приказу принца саперы навели через протоку съемный мост, по которому прошла пехота и артиллерия. Кавалерия форсировала преграду вплавь. Берг попытался остановить пруссаков у Регенвальде, но войска Евгения, хотя и с трудом, пробились на оперативный простор. В качестве слабого утешения Румянцеву достался брошенный лагерь.
«Вы видите, — писал он тогда к прусскому коменданту крепости Гейдену, — принц Евгений сделал все, чего требовала от него честь и присяга своему государю; но он разбит и прогнан. Кольберг беззащитен; пролом в стене сделан: вам остается думать об ответе не перед королем, а пред Богом в напрасной погибели невинного гарнизона». В то же время инженер-полковник Гербель вел к крепости траншеи и подбирался к подошве земляной насыпи перед наружным крепостным рвом. Однако борьба еще не была закончена: Гейден наотрез отказался сдаваться. Пруссаки облили водой крепостные валы и стены; лед сделал их совершенно неприступными. Так было отбито несколько штурмов. Обе стороны терпели большие лишения в непривычных для них зимних условиях, но уступать не собирались.
Вскоре наступила неожиданная развязка: решительный и смелый принц Вюртембергский, вырвавшись из блокады, попытался атаковать русских с тыла. Румянцев предвидел эту возможность — оставив под стенами Кольберга несколько батальонов, он со всем корпусом перешел на западный берег Персанты, выбив пруссаков из небольшого форта Вольфсберг. В это время принц получил приказ Фридриха II любой ценой добиться доставки в крепость продовольствия и пошел на сближение с русскими войсками.
1 декабря пруссаки решительно атаковали Румянцева. Бой закончился их поражением: прусская кавалерия атаковала проход Шпиг — дефиле между двумя незамерзающими болотами, которое оборонял единственный гренадерский батальон с пятью пушками. Сбив заслон и втянувшись в дефиле, пруссаки попали в заранее расставленную ловушку — им в тыл внезапно ударил весь русский корпус, полностью разгромив армию принца Вюртембергского. Преследование кавалерией довершило разгром.
Узнав об этом, комендант фон дер Гейден понял бесперспективность дальнейшего сопротивления, и 5 декабря, после третьей по счету четырехмесячной осады, город капитулировал. Это был первый славный подвиг Румянцева, который покрыл себя впоследствии обильными лаврами.
«Благополучие мое тем паче велико, что сие первое мое приношение могу сделать к торжественному дню высочайшего рождения В. И. В., теплые воссылая молитвы к Всевышнему о целости неоцененного Вашего здравия, о долголетнем государствовании и ежевременном прирощении славы державе В. И. В., толикими победами увенчанной. Теперь остается мне токмо доставить покой вверенному мне корпусу и облегчение солдатству по толиких трудах и испросить высочайшую В. И. В. милость и благоволение для всех с крайнею ревностью и усердием служивших верных подданных, коими командовать имел я счастие». Так выражался новый русский полководец, донося о своем подвиге императрице.
