На военном совете 13 (25) августа командование Дунайской армии приняло решение вновь атаковать Плевну. День штурма был назначен на 30 августа (11 сентября) — день тезоименитства императора. 16 (28) августа Александр II в своей ставке встретился с румынским князем Карлом и предложил ему командование Западным отрядом. Во главе его штаба был поставлен русский генерал-лейтенант П. Д. Зотов¹¹⁹, командовавший до этого 4-м армейским корпусом. Войска Османа-паши, сосредоточенные в районе Плевны, насчитывали 34 тыс. человек при 72 орудиях. Союзные войска состояли из 84,1 тыс. человек при 424 орудиях, из них 32 тыс. румын при 108 орудиях¹²⁰.

Под Плевной находился император Александр II и Главная квартира во главе с главнокомандующим великим князем Николаем Николаевичем. Создав значительное превосходство в силах, русское командование не сомневалось в легкой и решительной победе. Однако эта самоуверенность обернулась поражением. Третий штурм Плевны закончился неудачей. Из двух предыдущих штурмов не были сделаны правильные выводы.

Направления главных ударов были выбраны те же, что и во 2-й Плевне, т. е. нацелены на самый мощный участок турецких укреплений — Гривицкие редуты. Артиллерийская подготовка, проводившаяся 26—30 августа (7—11 сентября), велась с больших расстояний и только в дневное время. Османы успевали за ночь восстанавливать разрушенные укрепления и знали, где последует атака. В ходе штурма 30—31 августа (11—12 сентября) управление войсками и их взаимодействие было отлажено слабо. Войска вводились в бой частями, разрозненно. Наибольших успехов достиг отряд генерала Скобелева на левом фланге¹²¹.

Скобелеву удалось стремительной атакой прорвать все линии вражеской обороны и выйти на южную окраину Плевны. Однако, не получив подкреплений, отбив четыре контратаки турок, отряд вынужден был отойти на прежние позиции. Потери союзных войск в третьем сражении под Плевной составили около 16 тыс. человек, из них 3 тыс. румын. Турки не досчитались 3 тыс. человек¹²².

1 (13) сентября на военном совете, проведенном Александром II, было решено окружить Плевну «железным кольцом»¹²³. Осадными работами руководил генерал Э. И. Тотлебен, специально вызванный для этого из Петербурга.

Чтобы полностью блокировать Плевну, необходимо было прервать ее связь с Софией. Для этого из гвардейских частей сформировали отряд под командованием генерала И. В. Гурко, который в октябре овладел турецкими опорными пунктами на плевненско-софийском шоссе: Горным Дубняком, Телишем и Дольним Дубняком. 20 октября (2 ноября) 50-тысячный гарнизон Плевны был окончательно окружен. Турки испытывали острый недостаток в боеприпасах и продовольствии¹²⁴.

28 ноября (10 декабря) Осман-паша после безуспешной попытки прорваться на Софию, потеряв около 6 тыс. человек, вынужден был капитулировать. В плен попало 43 338 человек¹²⁵. Падение Плевны знаменовало конец второго оборонительного периода действий русской армии на Балканах. Наступил решающий перелом в войне.

Русская Дунайская армия, высвободив более 100 тыс. войск, могла начать стратегическое наступление против Османской империи.

В конце июля 1877 г. главные силы Действующего корпуса (32 тыс. человек при 120 орудиях), прикрывая александропольское направление, расположились у Курюк-Дере. Передовые части этих сил обосновались в 25-30 км северо-восточнее Карса в районе Башкадыкляра. Эриванский отряд (13,4 тыс. человек при 48 орудиях) расквартировался у Игдыря и Кульпа. Ахалцихский отряд занимал позиции в районе Ардагана, достигнутые во время весенне-летнего наступления.

Главнокомандующий Кавказской армии великий князь Михаил Николаевич до подхода вытребованных из России 1-й гренадерской и 40-й пехотных дивизий решил не предпринимать активных боевых действий. Главные силы турецкой армии Мухтар-паши (25 тыс. человек при 36 орудиях) были сосредоточены на позициях восточнее Карса, у Авлияра и Аладжи. Гарнизон Карса под командованием Фавзи-паши насчитывал около 12 тыс. человек при 18 орудиях (не считая крепостных).

Отряд Измаила-паши (10 тыс. человек при 12 орудиях) и отряд Фаик-паши (12 тыс. человек с 16 орудиями) расположились у Диадина Баязета. В конце августа турки ожидали прибытие поддержки из Сирии, Анатолии и Европы общей численностью до 13 тыс. человек с 12 орудиями. Мухтар-паша планировал перенести военные действия в русское Закавказье, считая конечным объектом Тифлис.

В ночь на 13 (25) августа турецкий главнокомандующий неожиданно перешел в наступление и овладел передовой позицией русских главных сил у Башкадыкляра, заняв важную в тактическом отношении высоту Кизил-тапу. Русские потеряли в этом сражении более 900 человек, турки — до 1400.

После боя 25 августа обе стороны до конца сентября придерживались оборонительной тактики. Таким образом, русские войска на Кавказском театре вынуждены были перейти к обороне раньше, чем Дунайская армия, что позволило османам в конце второго этапа войны перебрасывать вновь формируемые части на Балканы¹²⁶.

К середине сентября 1877 г. общая численность Действующего корпуса Кавказской армии под командованием Лорис-Меликова была доведена до 56 тыс. человек с 220 орудиями. Противостоящие ей султанские войска мушира (маршала) Мухтар-паши насчитывали 37 тыс. человек и 74 орудия. Таким образом, русские превосходили противника по людям почти в полтора раза, по артиллерии — в три раза. Для подготовки второго наступления в штаб Кавказской армии прибыл из Петербурга генерал-лейтенант Н. Н. Обручев. 20—22 сентября (2—4 октября) развернулись бои с основными силами османов, занимавших позиции на северных склонах гор Авлияр и Аладжа и близлежащих высотах к востоку от Карса. Однако в этом трехдневном сражении на Аладже русские войска сумели взять только высоту Большие Ягны. Подвергнувшись контрударам противника, они вынуждены были отойти, потеряв около 3700 человек. Но и турецкие войска, лишившись в боях около 4700 человек, по приказу Мухтар-паши оставили передовую позицию и сосредоточили усилия на наиболее важных и выгодных рубежах (Аладжа, Авлияр, Визинкей).

С рассвета 3 (15) октября после двухчасового массированного артиллерийского огня началось второе Авлияр-Аладжинское сражение общей атакой турецких позиций с фронта и тыла. Ко дню сражения колонна генерал-лейтенанта И. Д. Лазарева¹²⁷, совершив 80-километровый обходной марш с востока, согласовала свои действия с командиром корпуса и захватила Визинкей. Отряд генерал-лейтенанта В. А. Геймана короткой штыковой атакой овладел укреплениями на горе Авлияр. Главные силы противника попали в окружение в районе Аладжи.

Турецкий главнокомандующий с небольшим отрядом укрылся в Карсе. К исходу дня окруженная турецкая группировка под встречными ударами отрядов Лазарева и генерал-лейтенанта X. X. Роопа прекратила сопротивление¹²⁸. Неприятель потерял 5-6 тыс. человек убитыми и ранеными, около 8,5 тыс. пленными, 3-4 тыс. разбежались.

Потери русских составили 202 человека убитыми и 1240 ранеными, т. е. 2,7% участвовавших в сражении войск, тогда как османы потеряли три четверти своего состава¹²⁹.

В руки русских попали богатые трофеи: 35 орудий, 8 тыс. ружей, множество припасов. «Сражение под Авлияром, — как отмечал русский военный историк Н. П. Михневич, — представляет один из высочайших образцов военного искусства как в смысле общей идеи боя, так и по мастерскому употреблению различных родов войск»¹³⁰. В Авлияр-Аладжинском сражении русские войска впервые применили телеграфную связь для управления войсками.