Тем не менее обходящие фланг русских 9-й и 10-й корпуса вышли на рубеж селений Арсенян и Косор. Одновременно отряд, прорвавшийся из селения Хопа, с ходу занял город Ардаган. 11-й корпус вёл бой на линии Маслагат – Арди.
Разгадав план противника, он решил отстоять базу Сарыкамыш и направил туда 20 батальонов, 6 сотен и 36 орудий. Наиболее подвижные подразделения должны были подойти к месту назначения 13 декабря. Организация обороны возлагалась на находившегося проездом из Тифлиса полковника Генерального штаба И. С. Букретова. В его распоряжении оказались две дружины ополчения, два эксплуатационных железнодорожных батальона, запасные войска, две роты стрелков 2-го Туркестанского корпуса, два трёхдюймовых орудия и 16 станковых пулемётов.
Турки, обессиленные маршем в пургу по заваленным снегом дорогам, продвигались медленно. Охранение, высланное по приказу генерала Юденича на санях, на исходе 12 декабря задержало их в 8 км западнее Сарыкамыша. На рассвете следующего дня 17-я и 29-я дивизии противника повели наступление непосредственно на Сарыкамыш. Русские довольно умело оборонялись, используя главным образом пулемётный огонь. Вскоре к ним подошло подкрепление – Сарыкамышский отряд, и селение удалось отстоять. Но противник не оставил надежды овладеть Сарыкамышем, несмотря на большие потери – только 29-я турецкая дивизия в ходе наступления потеряла до 50 процентов своего состава. Однако к полудню 15 декабря весь 10-й турецкий корпус сосредоточился у Сарыкамыша. Кольцо окружения, не без помощи местных курдов, почти сомкнулось. Задуманный турецким главнокомандующим план операции, казалось, осуществился. Между тем благодаря принятым штабом Кавказской армии мерам силы русских у Сарыкамыша всё прибывали. Они имели здесь уже более 22 батальонов, 8 сотен, более 30 орудий, почти 80 пулемётов против 45 турецких батальонов. И в этот день все турецкие атаки были отражены.
К вечеру 16 декабря в лесу было замечено скопление больших сил турок, а также удалось захватить турка, который вёз приказ, адресованный командиру 10-го корпуса. Из приказа русское командование узнало о готовящейся турецким командованием ночной атаке на селение. Она началась около 11 часов вечера. Турки стали теснить русские войска, занимавшие высоту Орлиное гнездо, вокзал и мост на шоссе, так как за ним располагались склады продовольствия и боеприпасов. В начале им сопутствовал успех, и центральная часть селения была захвачена.
Но утром следующего дня серией контратак, проведённых по приказу генерала Юденича, прибывшего на командный пункт, удалось сдержать продвижение турок. В тот же день Николай Николаевич Юденич вступил в командование всей русской армией.
Посол Франции в России М. Палеолог писал в то время: «Кавказская армия русских совершает там каждый день изумительные подвиги».
Оценив обстановку, Юденич принял решение о нанесении одновременного удара главными силами с фронта на Сарыкамыш, Ардаган и Ольты и обходящими отрядами в тыл противника. Успеха предполагалось достичь за счёт скрытной перегруппировки частей 39-й пехотной дивизии, 1-й и 2-й Кубанских пластунских бригад, а также двух артиллерийских дивизионов, подходивших из Карса. Он понимал, что требовалось тщательное планирование предстоящего наступления, особенно с точки зрения согласования усилий привлекаемых сил и средств, осуществления маскировки на маршрутах выдвижения. Эти вопросы и решались в оставшееся время офицерами штаба и начальниками родов войск и служб.
22 декабря русские внезапно для противника атаковали его. Во время наступления был окружён 9-й турецкий корпус, действовавший у Сарыкамыша, 154-й пехотный полк глубоко вклинился в оборону турок и захватил командира корпуса и всех трёх командиров дивизий со штабами. Были взяты в плен остатки разгромленных частей и захвачена их материальная часть. 30-я и 31-я турецкие пехотные дивизии 10-го корпуса, понёсшие большие потери, начали поспешно отступать на Бардус. Сибирская казачья бригада, усиленная Ардаганским отрядом, действуя вместе с Ольтынским отрядом, нанесла поражение турецким войскам, занимавшим город Ардаган, захватив до тысячи пленных и много трофеев.
Турецкие части предприняли контрудар из района Бардуса во фланг и тыл Сарыкамышского отряда, но он был успешно отражён, и в ночном бою русскими войсками были взяты в плен две тысячи турецких солдат – остатки 32-й дивизии. По приказу Юденича главные силы Сарыкамышского отряда перешли в наступление. Несмотря на ожесточённое сопротивление турецких войск – дело даже доходило до штыковых атак – войска шли вперёд, продвигаясь в глубоком снегу.
Русское командование решило обойти левое крыло турецкой армии, закрепившееся на горной позиции к западу от селения Кетек. Приказ на этот нелёгкий манёвр получил 18-й Туркестанский стрелковый полк с четырьмя горными орудиями. Ему предстояло преодолеть 15 км горной местности. С трудом прокладывая дорогу, нередко перенося на руках тяжёлые орудия по частям и боеприпасы, продвигался этот полк. Когда он появился в тылу 11-го турецкого корпуса, противник в панике отступил.
В ночь на 29 декабря турки начали отход на Ольты. Русские стали преследовать противника, но, пройдя 8 км, были остановлены сильным артиллерийским огнём. Тем не менее 2-я Оренбургская казачья батарея смело развернулась на открытой местности и открыла ответный огонь. Стрелки рассредоточились правее и левее шоссе. Турки, упреждая обход своих флангов, отступили на 3–4 км. Наступившая ночь прекратила сражение.
Утром атаки возобновились, и вскоре упорство турок было сломлено окончательно. Они бежали через Ольты на Нориман и Ит, по Сивричайской долине, а многие – просто в горы. Были захвачены пленные и орудия.
К 5 января 1915 года русские войска, перейдя государственную границу, вышли на рубеж селений Ит – Арди – Даяр. Сарыкамышская операция, в ходе которой противник потерял более 90 тысяч человек, завершилась победой русских войск.
Генерал от инфантерии Юденич был назначен командующим Кавказской армией (при главнокомандующем Воронцове-Дашкове).
Кавказская армия перенесла военные действия на территорию Турции. Основные усилия, по замыслу генерала Юденича, сосредоточивались в полосе действия 4-го Кавказского корпуса – 30 пехотных батальонов и 70 эскадронов конницы. Этих сил было недостаточно для широкомасштабных действий, поэтому для продвижения вперёд была выработана тактика внезапных налётов небольшими отрядами. И она себя оправдала. Уже к середине июня корпус вышел к Арнису и создал сплошную позицию, примыкавшую к озеру Ван. Центр и правый фланг армии занимали основные перевалы, надёжно прикрывали Сарыкамышское, Ольтынское и Батумское направления.
Стремясь перехватить инициативу, турецкое командование начало подтягивать к этому району резервы, и вскоре начальник штаба армии немецкий майор Г. Гузе выехал с группой офицеров на рекогносцировку, чтобы на месте уточнить исходное положение для предстоящего наступления. Об этом немедленно было доложено Юденичу разведчиками.
9 июля турецкая группировка, насчитывавшая более 80 батальонов пехоты и конницы, нанесла удар на Мелязгертском направлении, стремясь прорвать оборону фланговых частей 4-го Кавказского корпуса и перерезать его коммуникации. Русские войска были вынуждены отойти на рубеж севернее Алашкертской долины. К тому же в их тылу действовали диверсионные отряды турок.
Генерал Юденич распорядился срочно сформировать сводный отряд, командование которого было поручено генералу Баратову. Отряд включал 24 батальона пехоты, 36 сотен конницы и около 40 орудий. На него возлагалась задача по нанесению удара на левом фланге в тыл туркам. Затем вместе с 4-м Кавказским корпусом отряд должен был окружить противника в районе Каракилис-Алашкерт. Манёвр не совсем удался, так как, потеряв пленными до 3 тысяч человек, турки успели уйти из села Каракилис. К 15 сентября 4-й Кавказский корпус занял оборону от перевала Мергемир до Бурнубулах, выставив к югу от Арджиша боевое охранение. В тоже время части 2-го Туркестанского и 1-го Кавказского корпусов перешли в наступление. Но из-за недостатка боеприпасов оно не получило широкого развития, но всё-таки сковало значительные силы турок. На Ван-Азербайджанском направлении действовал ударный отряд генерала Чернозубова, который сумел продвинуться на 30–35 км и занял оборону от Арджиша до южного берега озера Урмия.
