Тем не менее «воровское» взятие Азова существенно изменило обстановку в регионе. Прекратились набеги крымцев на русские земли. Крымского хана начали покидать ногайские мурзы и откочевывать обратно к Волге, «под руку» русского государя. Всего на русскую сторону Дона перешло 30 тысяч «черных улусных людей». Ногайский мурза Янмаметь с семьей и отрядом в 1200 всадников бежал из Крыма прямо в Азов. Часть ногайцев расположилась кочевьями вблизи Азова, принеся «шерть» (клятву на верность) русскому царю, остальные пошли дальше, к Астрахани.
Первоначально гарнизон Азова составлял 4 тысячи донских казаков, многие из которых перевезли в город свои семьи. Вскоре прибыло на «житьё» 700 запорожцев. Появились купцы, открылись лавки. Турецкий же султан увяз в войне с Персией и не мог отправить против казаков больших сил.
Персидская война закончилась в 1639 г., и султан Мурад IV начал готовиться к походу на Азов, но в 1640 г. он умер. Новый султан Ибрагим сумел начать поход лишь в мае 1641 г. По разным сведениям, султан отправил к Азову от 100 до 240 тысяч турок и татар. В городе же было 5367 казаков и 800 женщин.
В июне 1641 г. началась осада города. Турки доставили под Азов 120 осадных («ломовых») пушек и 32 мортиры. Туркам удалось захватить земляной город, но осажденные укрылись в цитадели, взять которую турки так и не смогли. Между тем наступила осень. Зимой Азовское море замерзает, и турки могли лишиться подвоза продовольствия. Кроме того, неизвестно откуда в турецком лагере возник слух, что к Азову идет царь Михаил с большим войском. В итоге 26 сентября 1641 г. турки сняли осаду и уплыли обратно, а татарская конница ушла в Крым. Потери турок и татар под Азовом превысили 20 тысяч человек. Султан Ибрагим был взбешен. Командующий осадной армией Гуссейн-паша скончался на обратном пути, зато другие начальствующие лица турецкой армии были казнены в Стамбуле.
Победа нелегко досталась казакам. Судьба Азова буквально висела на волоске. Теперь казакам стало ясно, что в следующий раз без помощи царских войск им город не удержать.
Приход же на Дон московских воевод мог положить конец казацкой вольности. Тем не менее казацкий круг решил отправить послов к царю с просьбой «взять Азов под свою руку». Казачье посольство возглавили атаман Наум Васильев и есаул Федор Порошин. С ними было 24 человека «лучших казаков». 28 октября 1641 г. казаки приехали в Москву.
Донские послы доложили государю московскому о том, что казаки «от турских и крымских и многих людей город Азов отсидели», но понесли большие потери, и гарнизон Азова находится теперь в крайне плачевном состоянии. Казаки попросили царя: «Чтоб велел государь, у нас принять с рук наших свою государеву вотчину Азов город».
Царь Михаил и его бояре долго колебались. В конце концов Михаил собрал 3 января 1642 г. Земской Собор, которому поручил решить вопрос об Азове. Мера эта формально была демократической, а на самом деле — глупейшей. Почти никто из делегатов Собора ранее не слышал вообще об Азове. Просто Михаилу не хотелось, чтобы инициатива отказа от Азова принадлежала царю, а с Земского Собора какой спрос — «партия никогда не ошибается». Дьяки насчитали фантастическую сумму — 221 тысячу рублей, которая бы понадобилась на занятие Азова. И никому не пришло в голову спросить, как это казаки удерживали Азов несколько лет «своим коштом», то есть на средства Войска Донского?
30 апреля 1642 г. в Азов была отправлена царская грамота, окончательно поставившая точку в азовском сидении. В грамоте говорилось: «…вам, атаманам и казакам, Азова города держать некем; а только приняти не велим, а вам его покинуть и идти по старым своим куреням».
Делать было нечего, казаки вывезли из Азова все пушки и припасы, крепость была разрушена до основания.
Летом 1642 г. турецкие войска вновь подошли к Азову и немедленно приступили к строительству новой крепости. Крепость построили из камня, придав ей форму правильного четырехугольника. Крепость имела бастионы и внутренний замок-цитадель. Стены окружали земляной вал и глубокий ров. Выше по реке на обоих берегах турки выстроили две башни, так называемые «каланчи», между которыми протянули железную цепь, чтобы перекрыть дорогу казачьим судам. В «каланчах» были установлены пушки, и постоянно находилось 20–50 янычар. На одном из рукавов Дона, Мертвом Донце, в 10 км к северу от Азова был построен каменный замок-форт Лютик, он прикрывал дальние подступы к крепости.
Расчеты московских бояр и царя на замирение с султаном не оправдались. 22 апреля 1643 г. большое турецкое войско внезапно напало на казачий городок Маныч, разорило и сожгло его. Всех оставшихся в живых казаков увели в плен в Азов. Через неделю турецкое войско напало на городки Черкасск и Монастырский Яр, разорило и разрушило их. В июне большое турецкое войско осадило Раздоры. Однако донцам удалось отстоять Раздоры, а в апреле 1644 г. они вернули Черкасск. В мае 4,5 тысячи казаков приходили под Азов. Зато летом турки перешли в контрнаступление.
В октябре 1643 г. донские атаманы жаловались царю, что турки «взяли и выжгли городок Кагальник и казаков многих порубили, а иных поймали». Но и теперь Михаил побоялся послать войска на Дон. Вместо этого казачьим атаманам было разрешено вербовать в Московском государстве «вольных людей». К 1645 г. на Дон отправилось не менее 10 тысяч «вольных людей». Но для отражения турецкой экспансии и этого было мало.