Преследуя отступающего врага, русские солдаты подошли к берегу Сырдарьи, где находилась крепость Махрам. Едва только все силы армии были собраны в один кулак, генерал Перовский отдал приказ о подготовке штурма вражеского укрепления. Вскоре были развернуты двенадцать орудий, которые начали обстрел стен Махрама. В ответ из амбразур крепости заговорили пушки кокандцев, но хорошо пристрелянные орудийные расчеты быстро заставили замолчать орудия неприятеля. Как только крепостная артиллерия была приведена к молчанию, был дан сигнал к атаке, и два штурмовых батальона под командованием полковника Григорьева устремились вперед.
Укрывшись за каменными зубцами крепостной стены, кокандцы вели непрерывный ружейный огонь, отчего многие из русских солдат падали убитыми или ранеными. Однако это не остановило штурмующих. Под громкие крики «ура» они стремительно бежали на вражеское укрепление, грозно сверкая на солнце сталью штыков. С ходу преодолев заполненный водой ров, солдаты роты под руководством штабс-капитана Федорова бросились к крепостным воротам, взломали их и ворвались в кокандскую твердыню.
На стенах и внутри крепости завязалась ожесточенная рукопашная схватка, но, не выдержав штыкового боя, кокандцы были вынуждены отступить, оставив победителям свои пушки, которых, как оказалось потом, было двадцать четыре. Ворвавшийся вслед за солдатами Федорова батальон майора Ренау быстро очистил фасы крепости и, не дожидаясь подхода главных сил, принялся обстреливать кокандцев, отступающих к реке, из ружей и пушек. Бросая оружие и амуницию, враг стремительно отступил, оставив Махрам победителям.
Вместе с пехотой в штурме крепости приняла участие и русская кавалерия, противником которой вновь стала уже неоднократно потрепанная кокандская конница. Скопившаяся на правом фланге русских войск, она попыталась своей атакой сорвать штурм Махрама, но была быстро рассеяна русскими артиллеристами.
Заметив приближение врага, штабс-капитан Фролов смело выдвинул вперед несколько ракетных станков, огнем которых вызвал панику и замешательство в рядах нападавших. Воспользовавшись заминкой во вражеских рядах, ротмистр Крымов смело атаковал противника и обратил кокандцев в беспорядочное бегство.
Разгоряченный одержанным успехом, Крымов решил ударить во фланг отступающего противника, желая полностью разгромить его. Оставив полусотню казаков для прикрытия артиллеристов, ротмистр быстро подошел к махрамским садам, перейдя широкий и глубокий овраг. В это время со стороны Сырдарьи показались толпы покидавших крепость кокандцев с орудиями и значками.
