6 августа трехтысячное войско Пугачева с 20 пушками подошло к городу. Желая избежать кровопролития, Пугачев отправил Бошняку указ с предложением не оказывать сопротивления, но Бошняк разорвал указ. Та же участь постигла и второй указ Пугачева. Между тем пугачевцы установили пушки на Соколовой горе. Здесь же находился и сам Пугачев. Он ждал ответа на свое второе письмо. С горы он видел, что гарнизонные войска готовились к бою, а жители хотя и были все на валу, но не двигались с места. Поскольку ответа на манифест не было, Пугачев приказал стрелять. На валу началось движение: народ повалил в город, а конные купцы — к Пугачеву. Саратовские войска не двигались. С их стороны раздалось лишь несколько ответных выстрелов. Пугачев приказал А. Овчинникову перейти Глебучев овраг, чтобы поставить пушки как можно ближе к противнику. Затем ударили пушки из пугачевского обоза. После канонады пугачевские казаки пошли в атаку. Бошняк подпустил их на пушечный выстрел и затем приказал поручику Буданову стрелять из мортиры. Но Буданов, умышленно сделав выстрел малым зарядом, заклепал мортиру и ушел к Пугачеву. Однако и этот выстрел заставил пугачевских казаков изменить свое направление и выйти на Симбирскую дорогу. В этот момент пошла в атаку пугачевская пехота. Атака решила все дело: саратовские солдаты и фузелеры во главе с офицерами перебежали на сторону повстанцев. Пугачевцы ворвались в город через ворота, открытые им солдатами, и рассыпались по улицам. Остатки войска во главе с Бошняком ушли по Волге в Царицын.
К 7 часам вечера 6 августа войско восставших овладело всем городом, однако Пугачев не остался в нем, а вывел свое войско в открытое поле за Соколовой горой. В Саратове Пугачев «творил суд» над дворянами, раздавал населению соль, муку, овес. И вновь к Пугачеву потянулись крестьяне, казаки, работные люди окрестных мест. Главное войско восставших выросло на несколько тысяч человек. 580 человек привел атаман Тимофеев, 900 украинских казаков — Гузенко. Десятки повстанческих крестьянских отрядов долгое время действовали в Саратовском крае даже после того, как Пугачев ушел из Саратова. В состав Главной армии Пугачева влилось до 1500 крестьян Малыковской волости, сравнительно хорошо вооруженных и имевших лошадей. Посадив до тысячи повстанцев на суда, снабженные пушками, Пугачев с остальным войском по берегу Волги двинулся на юг.
11 августа Главная армия вступила в Дмитровск (Камышин), где к ней присоединились поселенные здесь украинцы и волжские казаки. Пугачев поднял против властей часть волжских калмыков. Через день на реке Пролейке пугачевцы разбили правительственные войска. Это была последняя победа восставших.
