В городе начал ощущаться голод. Русские непрерывными вылазками стремились ослабить греков и прорвать кольцо блокады. Византийцы не знали ни минуты покоя. Когда положение с продуктами особенно обострилось, Святослав выслал двухтысячный отряд на ладьях. Русские вернулись с большими запасами, по дороге разбив многочисленный отряд греков и захватив его обоз с провиантом. Цимисхий жестоко наказал начальников этого отряда и велел перекопать рвами все дороги, ведущие из Доростола. В окопы была посажена спешенная конница Петра и Варды Склира. Костлявая рука голода готова была удушить русское войско. Святослав разослал гонцов к печенегам и венграм, прося помощи, но помощь не приходила. Византийцы засыпали ров, которым воины Святослава окружили город, чтобы помешать грекам устанавливать свои камнеметные машины, и град камней и бревен все время осыпал Доростол.

Тогда 19 июля в послеобеденное время, когда греки менее всего могли ожидать со стороны русских активных действий, они напали на греков, смяли их первые ряды и пробились к метательным машинам, пытаясь уничтожить их огнем. В этом сражении у греков был убит магистр Иоанн Куркуас, близкий родственник императора, начальник всех воинов, обслуживавших метательные орудия. Сжечь машины не удалось, и русские отошли в город. Но и грекам эта вылазка русских стоила очень дорого. На следующий день русские, снова построившись в несколько рядов, стеной, вышли на поле битвы. Густой фалангой выступили против них византийцы. Русские, сжав фалангу с боков, начали неуклонно усиливать свое давление. Тысячи убитых с той и с другой стороны покрывали уже поле сражения.

И в тот момент, когда победа склонялась на сторону русских, грек Анемас сразил мечом русского богатыря Икмора, «первого мужа и вождя скифского войска после Святослава» (Лев Диакон). Увидев смерть своего военачальника, русские, закинув за спину свои огромные щиты, начали отходить к Доростолу.

Наступила ночь. Полная луна матовым светом заливала поле сражения, усеянное трупами павших русских и греков. Русские вышли на поле и начали собирать тела своих погибших воинов. Они сносили трупы к городским стенам, где у берега Дуная уже были сложены и пылали огромные костры. Тут же при голубом сиянии луны, озаренные багровыми отблесками костров русские совершали жертвоприношения, убивая пленных женщин. В волны голубого Дуная, выполняя древний обычай предков, они бросали младенцев и петухов. Лишь под утро погасли костры на Дунае. Трупы русских храбрецов, по обычаю, превратились в пепел.