Закончив в шесть дней подготовку к штурму, седьмого декабря 1790 года он направил коменданту Измаила ультиматум с требованием сдать крепость не позднее чем через 24 часа с момента его вручения. Ультиматум турками был отклонен. Девятого декабря собранный Суворовым военный совет постановил незамедлительно приступить к штурму, который был назначен на утро одиннадцатого декабря. Все атакующие войска делились на три крыла по три колонны в каждом. Крыло генерал-майора де Рибаса (девять тысяч человек) атаковало с речной стороны. Правое крыло под начальством генерал-поручика Потемкина П. С. (семь с половиной тысяч человек) должно было нанести удар с западной стороны крепости. Левое крыло генерал-поручика А. Н. Самойлова (двенадцать тысяч) – с северной и восточной. В резерве при Суворове находились кавалерийские части (две с половиной тысячи человек). Всего же войска насчитывали тридцать тысяч воинов, из которых более трети были нерегулярные и плохо вооруженные части казаков и арнаутов.
Накануне штурма, ночью, Суворов отдал войскам приказ, который зачитывался в каждой роте и сотне на построении:
Этот приказ произвел на солдат сильное впечатление и вселил в них веру в предстоящую победу.
Штурм начался в пять часов утра, примерно за два часа до рассвета. Темнота была нужна для внезапности первого удара при овладении валом и крепостной стеной. В городе же вести в темноте бой было невыгодно, поскольку затруднялось управление войсками. Предвидя упорное сопротивление турок, Суворов хотел иметь в своем распоряжении как можно больше светлого времени суток.
Штурм не стал для противника неожиданностью. Турки каждую ночь были готовы к отражению атаки русских, кроме того, несколько перебежчиков из черноморских казаков раскрыли им планы русского командования.
В три часа ночи одиннадцатого декабря 1790 года взвилась первая сигнальная ракета, по которой русские войска оставили свой лагерь и, перестроившись в колонны, выступили к назначенным им местам. В пять тридцать утра по сигналу новой ракеты они все одновременно двинулись на приступ. Прежде других к валу подошла вторая колонна генерал-майора Бориса Петровича Ласси. Уже в шесть утра его егеря под градом пуль преодолели ров и завязали на валу жестокий ближний бой. Им на помощь пришли Апшеронские стрелки и Фанагорийские гренадеры из первой колонны генерал-майора Львова, которые опрокинули неприятеля, овладели первыми батареями и Хотинскими воротами. В эти открытые ворота, вырубая турок, влетела русская кавалерия. Одновременно на противоположном конце крепости шестая колонна генерал-майора Голенищева-Кутузова овладела бастионом у Килийских ворот и заняла вал вплоть до соседних бастионов. Наибольшие трудности выпали на долю третьей колонны Мекноба, четвертой Орлова и пятой Платова, которые штурмовали северную сторону. Глубина рва и высота вала были здесь так велики, что двенадцатиметровые штурмовые лестницы оказались коротки и их пришлось связывать под огнем неприятеля. К тому же две тысячи янычар предприняли отчаянную атаку на четвертую колонну, основу которой составляли казаки. Перерубая ятаганами пики, являвшиеся основным вооружением иррегулярных войск, они обезоруживали казаков и резали их целыми десятками. Почувствовав, что берут на этом участке верх, турки усилили свой натиск и заставили русских пятиться назад. Наступил критический момент боя!
Положение спас священник Полоцкого мушкетерского полка Трофим Куцинский. Подняв над головой крест, он остановил отступление и увлек русских воинов за собой в атаку. Неприятель, уже торжествующий победу, дрогнул.
Вот как описывает его подвиг императрице сам князь Потемкин:
За беспримерную храбрость отец Трофим был впоследствии награжден личным указом Екатерины 500 рублями (по тем временам это годовой доход с большого села) и пожизненной пенсией в 300 рублей, а также стал первым в России священником, удостоенным Георгиевского креста.
Бросившись на янычар, солдаты и казаки уничтожили их всех до единого. Развивая наметившийся успех, атаман Платов повел казаков на штурм вала и крепостной стены и овладел ими.
При наступившем дневном свете стало ясно, что вал и стена на всем своем протяжении взяты, неприятель вытеснен из крепостных верхов и теперь отступает во внутреннюю часть города. Русские колонны с разных сторон двинулись к центру крепости. Теперь бой переместился на улицы, где скучились все остатки гарнизона. Приступом приходилось брать каждое каменное строение. Особенно ожесточенное сопротивление продолжалось до полудня. Для поддержки пехоты и обеспечения успеха Александр Васильевич Суворов приказал ввести в город двадцать полевых орудий, чтобы картечью очистить улицы от турок. К двум часам пополудни победа русскими войсками была, в сущности, одержана. Однако бой не прекращался. Неприятель пытался нападать на отдельные русские отряды или засел в крепких зданиях и цитаделях и не думал сдаваться. Попытку вырвать обратно Измаил предпринял Каплан Герай, брат крымского хана. Он собрал несколько тысяч конных и пеших татар и турок и повел их навстречу наступавшим. В отчаянном бою полегли все четыре тысячи воинов султана. Погиб вместе с ними и хан вместе с пятью сыновьями.
В четыре часа дня победа была одержана окончательно. Измаил пал.
В тот же вечер, 11 декабря, Суворов кратко рапортовал о взятии вражеской твердыни на Дунае главнокомандующему Южной русской армии генерал-фельдмаршалу князю Потемкину-Таврическому:
Потери турок были огромны, одних убитых воинов оказалось более 26 тысяч. В плен было взято девять, из которых две тысячи умерли на следующий же день от ран. Из всего гарнизона спасся только лишь один человек. Легкораненый, он упал в воду и переплыл Дунай на бревне. В Измаиле было взято 345 знамен, обагренных кровью защитников, около трех сотен орудий, тридцать тысяч пудов «нерасстрелянного» пороха, 20 тысяч ядер и множество другого боевого припаса. У русских было убито 64 офицера (один бригадир, 17 штаб-офицеров, 46 обер-офицеров) и 1 816 солдат и низших командирских чинов. Ранено 253 офицера (из них три генерал-майора) и 2 450 низших чинов.
«Дело, едва ли в истории находящееся!» – такими словами выразила восторг по поводу взятия Измаила императрица Екатерина.
Поэт Гаврила Державин посвятил этой победе оду «Гром победы, раздавайся!», которая станет неофициальным русским гимном конца XVIII – начала XIX века.