Эти меры были хорошо продуманы, что позволило войскам ночью 17–18 ноября добиться успеха. Особенно полезной оказалась отправка ночных патрулей к позициям турок – это помогло солдатам хорошо изучить подходы к фортам. Во время штурма в темноте заблудились лишь несколько атакующих колонн из резервных частей.
Главными целями атаки выбрали три форта на правом берегу Каре-Чая: Хафиз, Канлы и Сювари с Чим-Табией, который прикрывал левый берег реки. На направлении главного удара должны были действовать 15 тыс. пехотинцев из 26 тыс. солдат.
Перед ними поставили задачу: захватить все четыре форта, которые защищали подходы к Карсу с востока и юго-востока, а потом овладеть и самим городом. На следующий день должен был начаться штурм фортов на левом берегу Каре-Чая и мощных укреплений Карадага; удар по ним планировалось нанести с тыла. В дополнительной инструкции великого князя указывалось, что колоннам, которые будут проводить демонстрацию в районе других укреплений, разрешается, в случае успеха, действовать по своему усмотрению, рассчитывая, однако, только на свои силы. В особом примечании, касавшемся Карадага, указывалось на то, что внезапный удар по этим позициям связан с огромным риском и может быть предпринят только в том случае, если вражеские ряды окажутся в полном расстройстве. Атакующие войска разделили на семь колонн разной численности.
В 8 часов, в ясную морозную ночь 17 ноября, при почти полной луне атакующие колонны начали свой марш из точек, расположенных примерно в 2,5 км позади полукруга осадных батарей. Они шли в полной тишине; их вели патрули, хорошо изучившие местность. Турки обнаружили их только после того, как они оказались на расстоянии около километра от их позиций.
Форт Кайлы («Кровавый») состоял из двух редутов, прикрытых мощным люнетом, позади которого высились каменные казармы. За ними тянулся небольшой овраг, выходивший на берег Каре-Чая между Сювари-Табией и пригородом Карса. Граф Граббе повел два батальона перновских гренадер во фронтальную атаку на форт Кайлы, а 1-му полку кавказских стрелков приказал взять траншеи, соединявшие Кайлы с Сювари. Граббе, шедший в атаку во главе своих солдат, был убит, и командование принял на себя полковник Белинский, который вел свой батальон севастопольцев на западный редут Кайлы. Какая-то часть солдат Перновского полка сумела забраться на бруствер, но большинство укрылись во рву. Севастопольцы оказались более удачливыми – им удалось захватить западный редут. Однако турки, засевшие в восточном редуте, большом люнете и казармах, упорно сопротивлялись. Им удалось вернуть себе западный редут, но русские тут же его отбили. В ходе этого боя погиб Белинский.
Русские ожидали, что на правом фланге их поддержит колонна полковника Вождакина, которой было велено овладеть траншеями, соединявшими Канлы с Хафиз-Табией, где были насыпаны валы, получившие название Фейзи-Паша. Отсюда турки вели продольный огонь, прикрывая оба форта. Колонна Вождакина оказалась единственной заблудившейся на марше. После 9 часов вечера огонь с укреплений Фейзи-Паши помог Вождакину сориентироваться. Он был ранен, и командование принял на себя полковник Карасев. Валы Фейзи без труда захватили имеретинцы, и русская пехота, прорвав позиции турок, зашла им с тыла и ворвалась на окраины пригорода. Тем временем полковник Карасев, взяв три батальона, двинулся вдоль захваченных траншей в сторону Канлы-Табии.
Между 10 и 11 часами ночи разгорелся ожесточенный бой за восточный редут Канлы, который несколько раз переходил из рук в руки. В 11 часов начали прибывать турецкие резервы, и в битве за форт наступил перелом. Вокруг него сражались остатки восьми русских батальонов; часть солдат стреляла с парапета по засевшим в люнете туркам, другая часть, большая, укрылась во рву. Русские подразделения смешались, единого командования не было. Турецкие подкрепления атаковали противника снаружи и внутри форта. В этот момент прибыл командир саперного полка полковник Булмеринг, которому Дорис-Меликов приказал взять командование. Он повел русские части, усиленные спешенными кавалеристами, в атаку на большой люнет, который атаковали одновременно с запада и востока. Казаки и дагестанские нерегулярные кавалеристы взобрались на бруствер и стали стрелять по окнам люнета и казарм, что приободрило измученных пехотинцев. Другие казачьи части с помощью дагестанцев и грузинских горцев бросились в атаку на турецкую пехоту, засевшую внутри форта. К часу ночи все его сооружения были уже в руках русских, которые захватили в плен 10 офицеров и 200 солдат противника. Однако турки, оборонявшие прочные каменные казармы, еще продолжали сопротивляться. Форт полностью окружили и изолировали от остальных укреплений.
Тем временем к северу от Карса были достигнуты успехи, решившие исход битвы. Генерал Алхазов начал атаку на Хафиз-Табию в 8:30 вечера, и в двенадцатом часу после отчаянного сопротивления этот форт взяли. Полковнику Фадееву, который командовал четырьмя сотнями отборных добровольцев и двумя батальонами Кутаисского полка, поступил приказ повторить подвиг, совершенный им 8 ноября. Он должен был обойти форт Хафиз-Табию с севера, но его отряд, не дойдя до него, растворился в темноте. Дело было в том, что полковник, обходя Хафиз-Табию, попал под огонь из траншей, соединявших этот форт с карадагскими укреплениями. Их обороняла небольшая батарея, и Фадееву нужно было заставить ее замолчать, прежде чем атаковать форт. Турецкие артиллеристы и пехотинцы не выдержали и побежали вверх по склону Карадага, а русские бросились за ними в погоню. Полковник принял неожиданное решение – очистить от турок склон Карадага, оставив у себя в тылу пригород Карса Байрам-Паша. Русские захватили террасу, где стояли 9 полевых орудий, а потом добрались до большого пустого лагеря, где Фадеев дал своим людям небольшую передышку. Турки, засевшие в Карадаг-Табии и Араб-Табии, принялись обстреливать их из стрелкового оружия, однако этот огонь не причинил им никакого вреда. Он велся и из каменной башни высотой 61 м под названием Зиарет («Паломник»), которая прикрывала ущелье ниже Карадаг-Табии. На этой башне имелось одно дальнобойное орудие и две полевые пушки, но ее гарнизон состоял лишь из нескольких десятков человек. Более того, гарнизон Карадаг-Табии, солдаты которого защищали траншеи, соединявшие его с Хафиз-Табией, были уже измотаны боем, а когда на горе появились русские, совсем пали духом. Фадеев приказал лейтенанту Архангельскому взять роту бойцов и захватить башню Зиарет, а сам повел солдат в атаку на Карадаг. Взорвав ворота башни динамитом, люди Архангельского овладели Зиаретом и стали оттуда обстреливать турок на Кар ад are, породив среди них панику. Многие перелезли через парапет и бросились бежать в Араб-Табию, а полковник Фадеев, поднявшись по склонам оврага, протянувшегося перед фортом, вошел в Карадаг-Табию. К 11 часам вечера этот мощный форт – один из главных в системе обороны Карса – был взят атакой 700–800 храбрецов. Фадеев, однако, прекрасно понимал, что очутился в сложном положении. Он послал офицера к генералу Алхазову с просьбой прислать подкрепления и одновременно вывел своих солдат из траншей, соединявших Кар ад а г с Хафизом. Алхазов прислал ему остатки резерва 157-го Кутаисского полка, приказав удержать Карадаг и попытаться обратить турецкие пушки против Араб-Табии и самого города. Он пообещал позже прислать новые подкрепления.
К полуночи турецкая оборонительная линия была прорвана повсюду – от Канлы до Карадага, и русские войска ворвались в город, где на улицах южных пригородов разгорелись жаркие бои. Все русские резервы были уже пущены в ход, и Лазарев, который оказался в самой гуще уличных боев, увидев, что Канлы и Карадаг еще сопротивляются, приказал сосредоточить все силы в турецком лагере, расположенном между пригородами и редутом Фейзи-Паши.
Положение Фадеева на Карадаге сделалось отчаянным. По нему били орудия Араб-Табии и Инглиз-Табии (бывшего форта Вильям-Паши, стоявшего на другом берегу реки), а турецкая пехота в Араб-Табии при поддержке кавалерии не менее шести раз ходила в контратаку на территории между Арабским фортом и Карадагом. Люди Фадеева были измучены боем, и туркам удалось бы их выбить, если бы не своевременная помощь колонны генерала Рыдзевского, которой первоначально было приказано провести простую демонстрацию против Карадагских фортов. Солдаты Рыдзевского периодически обстреливали Араб-Табию с севера, как вдруг от Лазарева пришел приказ атаковать его. Когда 160-й (Абхазский) полк пошел в атаку, уже приближался рассвет. Этот мощный форт на самом деле очень плохо оборонялся – его гарнизон очень устал и был удручен неудачными контратаками на Карадаг-Табию. Звуки боя, доносившиеся из города, и общая растерянность в конце концов сломили дух защитников, и они начали спускаться к Каре-Чаю. Когда в 5 часов утра показались первые лучи солнца, турки увидели, что с обоих фортов на горе Карадаг вниз по склону несутся русские солдаты.