Однако князь Святослав сумел упредить такое намерение императора-полководца. Русичи за одну ночь вырыли поодаль от крепостных стен глубокий и широкий ров, преградивший тяжелым осадным машинам путь к городу. Весь день, как сообщает византийский хронист, русские и византийские лучники вели жаркую перестрелку через ров. Однако сколько-нибудь заметных потерь стороны не понесли.
Святослав решил не давать осаждающим спокойной жизни. Той же ночью, воспользовавшись непогодой, его дружинники на ладьях незаметно проплыли по мелководью между берегом и стоявшим на якорях византийским флотом и неожиданно напали на неприятельские обозы. В ночной резне погибло много византийцев и было уничтожено немало провианта для императорской армии.
Осада крепости Доростол затягивалась. Византийцы все же сумели по возможности приблизить к крепостным стенам свои осадные машины. Теперь армия императора Иоанна Цимисхия имела явное «техническое» преимущество. Лев Диакон писал по этому поводу: «…каждый день от ударов камней, выбрасываемых машинами, погибало множество скифов (русичей)».
В Доростоле появилось много раненых, иссякали запасы продовольствия. С 29 июня наступил трехнедельный перерыв в боевых действиях. Стороны выжидали, что обстановка изменится для них к лучшему.
Византийский император не мог уйти от Доростола по той причине, что это было бы равнозначно военному поражению и он мог потерять свой трон, на который возвели его заговорщики, убившие Никифора II Фоку. К тому же у Цимисхия оказался слабый тыл — империю постоянно потрясали мятежи. На это и возлагал немалые надежды князь Святослав. В таком случае противники начали бы вести переговоры о мире в условиях, когда под императором зашатался престол.
Такого случая Святослав дождался. Лазутчик, пробравшийся сквозь вражеские заставы, принес в осажденную крепость важную весть. Брат убитого императора Никифора II Фоки Лев Куропалат поднял мятеж против правителя империи. Теперь оставалось только доказать императору Иоанну Цимисхию то, что русское войско, сидевшее в осаде, еще сильно и способно защищаться в Доростоле долго.
Святослав решил прежде всего уничтожить осадные машины, которые доставляли столько бед осажденным. В полдень 19 июля, когда византийцы привычно спали после сытного обеда, русичи неожиданно вышли из крепости, изрубив и сжегши немало катапульт и баллист. На следующий день они вновь вышли за крепостные стены, но уже большими силами. Император бросил против них свою панцирную конницу. Однако пешие русичи бились с катафрактами на равных и нанесли им тяжелые потери.
Последнее сражение под стенами Доростола произошло 22 июля. Князь Святослав вывел в поле все войско и приказал запереть за собой городские ворота, чтобы никто без его приказа не мог в случае поражения укрыться за крепостными стенами. Перед этим киевский князь собрал военный совет, на котором решался только один вопрос: как действовать дальше?
Лев Диакон пишет, что 21 июля 971 года «на рассвете Святослав созвал совет знати… Когда они собрались вокруг него, Святослав спросил у них, как поступить. Одни высказали мнение, что следует поздней ночью погрузиться на корабли и попытаться тайком ускользнуть, потому что невозможно сражаться с покрытыми железными доспехами всадниками, потеряв лучших бойцов, которые были опорой войска… Другие возражали, утверждая, что нужно помириться с ромеями…
Тогда Святослав глубоко вздохнул и воскликнул с горечью: „Погибла слава, которая шествовала вслед за войском росов, легко побеждавшим соседние народы и без кровопролития подчинявшим целые страны, если мы теперь позорно отступим перед ромеями. Итак, проникнемся мужеством, вспомним о том, что мощь русов до сих пор была несокрушимой… Не пристало нам возвращаться на родину, спасаясь бегством; мы должны либо победить и остаться в живых, либо умереть со славой“».
Византийский историк, описывая жизнь осажденной Доростольской крепости, пользовался сведениями многочисленных лазутчиков, засылаемых в стан русского войска.
Дальше Лев Диакон свидетельствует: «…выслушав речь своего повелителя, росы с радостью согласились вступить в опасную борьбу… они… построились в мощную фалангу и выставили вперед копья… с неистовой яростью бросился Святослав на ромеев и воодушевлял в бою ряды своих».
Сражение отличалось исключительным упорством. Вышедшие на поле брани из укрепленного лагеря византийцы стали отступать под натиском плотной фаланги пеших русичей. Тогда один из лучших византийских воинов, телохранитель императора Иоанна Цимисхия Анемас, «вырвался на коне вперед… устремился на предводителя росов и, ударив его мечом по ключице, поверг вниз головой наземь, но не убил. Святослава спасла кольчужная рубаха и щит». Бившиеся вокруг князя дружинники тут же изрубили мечами Анемаса и с воодушевлением «начали теснить ромеев».
И в этом сражении Иоанн Цимисхий подтвердил славу опытного, умелого полководца. Видя, как его войско пятится к осадному лагерю, он лично сам повел в атаку полк «бессмертных» — лучшую часть византийской армии. Одновременно во фланг сражавшимся русичам несколько сильных ударов нанесла конница панцирных катафрактов. Сражавшиеся стороны несли большие потери, но кровавая сеча продолжалась.