Перед сражением на военном совете Суворов заявил: «Дважды стояли русские перед Измаилом и дважды отступали от него; теперь, в третий раз, им ничего более не остается, как взять крепость или умереть...». Военный совет единогласно выступил в поддержку великого полководца.

7 декабря Суворов направил коменданту Измаила письмо Потемкина с ультиматумом о сдаче крепости. Туркам, в случае добровольной сдачи, гарантировалась жизнь, сохранение имущества и возможность переправиться через Дунай, иначе «с городом последует судьба Очакова». Заканчивалось письмо словами: «К исполнению сего назначен храбрый генерал граф Александр Суворов-Рымникский». А Суворов приложил к письму свою записку: «Я с войсками сюда прибыл. 24 часа на размышление для сдачи и воля; первые мои выстрелы - уже неволя; штурм - смерть.».

Турки капитулировать отказались и в ответ заявили, что «скорей Дунай остановится в течении своем и небо преклонится к земле, чем сдастся Измаил». Этот ответ по приказанию Суворова был зачитан в каждой роте, чтобы воодушевить солдат перед штурмом.

Штурм был назначен на 11 декабря. Для сохранения тайны Суворов не стал отдавать письменный приказ, а ограничился устной постановкой задачи командирам. Полководец планировал провести ночную одновременную атаку сухопутными войсками и речной флотилией с разных направлений. Основной удар наносился по наименее защищенной приречной части крепости. Войска были разделены на три отряда по три колонны в каждом. В состав колонны входило до пяти батальонов. Шесть колонн действовали с суши и три колонны - со стороны Дуная.

Отряд под командованием генерала П.С. Потемкина численностью 7500 человек (в него входили колонны генералов Львова, Ласси и Мекноба) должен был атаковать западный фас крепости; отряд генерала А.Н. Самойлова численностью 12 тыс. человек (колонны генерал-майора М.И. Кутузова и казачьих бригадиров Платова и Орлова) - северо-восточный фас крепости; отряд генерала де Рибаса численностью 9 тыс. человек (колонны генерал-майора Арсеньева, бригадира Чепеги и гвардии секунд-майора Маркова) должен был атаковать приречный фас крепости со стороны Дуная. Общий резерв численностью около 2500 человек был разделен на четыре группы и расположен против каждых из крепостных ворот.

Из девяти колонн на главном направлении было сосредоточено шесть. Здесь же расположили основную артиллерию. Впереди каждой колонны должны были двигаться команда из 120-150 стрелков в рассыпном строю и 50 рабочих с шанцевым инструментом, затем три батальона с фашинами и лестницами. Замыкает колонну резерв, построенный в каре.

Подготавливая штурм, с утра 10 декабря русская артиллерия с суши и с кораблей вела непрерывный огонь по укреплениям и батареям противника, продолжавшийся до начала атаки. В 5 часов 30 минут утра 11 декабря колонны двинулись на штурм крепости. Речная флотилия под прикрытием огня корабельной артиллерии (около 500 орудий) высадила десант. Осажденные встретили атакующие колонны артиллерийским и ружейным огнем, а на отдельных участках и контратаками.

Несмотря на сильный огонь и отчаянное сопротивление, 1-я и 2-я колонны сходу ворвались на вал и захватили бастионы. В ходе боя был тяжело ранен генерал Львов и командование 1-й колонной принял полковник Золотухин. 6-я колонна сразу овладела валом, но затем задержалась, отражая сильную контратаку турок.

В наиболее сложных условиях оказалась 3-я колонна: глубина рва и высота бастиона, которые ей предстояло взять, оказались больше, чем в других местах. Солдатам пришлось под огнем неприятеля связывать лестницы, чтобы взобраться на вал. Несмотря на большие потери, свою задачу она выполнила.

Тяжелый бой выдержали 4-я и 5-я колонны, составленные из спешенных казаков. Они были контратакованы выступившими из крепости турками, а казакам Платова пришлось еще и преодолевать ров с водой. Казаки не только справились с задачей, но и способствовали успешной атаке 7-й колонны, которая после десантирования разделилась на четыре части и шла в атаку под фланговым огнем турецких батарей. В ходе боя Платову пришлось принять на себя командование отрядом, заменив тяжело раненого генерала Самойлова. Успешно справились с задачами и остальные колонны, атаковавшие противника со стороны Дуная.

С рассветом бой уже шел внутри крепости. К 11 часам были открыты ворота и в крепость вошли подкрепления. Тяжелые уличные бои продолжались до сумерек. Турки отчаянно оборонялись. Штурмовые колонны были вынуждены разделяться и действовать отдельными батальонами и даже ротами. Их усилия постоянно наращивались за счет введения в бой резервов. Для поддержки атакующих внутрь крепости была введена и часть артиллерии.

«Крепость Измаильская, столь укрепленная, сколь обширная и которая казалась неприятелю непобедимою, взята страшным для него оружием российских штыков. Упорство неприятеля, полагавшего надменно надежду свою на число войск, низринуто» - писал Потемкин в донесении Екатерине II.

В ходе штурма турки потеряли более 26 тыс. человек, 9 тыс. попали в плен. Русские захватили около 400 знамен и бунчуков, 265 орудий, остатки речной флотилии - 42 судна, большие запасы боеприпасов и много других трофеев. Русские потери составили 4 тыс. убитыми и 6 тыс. ранеными.

Взятие русскими войсками Измаила резко изменило стратегическую обстановку в войне в пользу России. Турция вынуждена была перейти к мирным переговорам.

«Не бывало крепости крепче, не было обороны отчаяннее обороны Измаила, но Измаил взят», - эти слова из донесения Суворова Потемкину высечены на памятнике, установленном в честь великого русского полководца.