Осада Риги велась войсками Б. П. Шереметева численностью в 30 000 человек. Город защищал шведский гарнизон под командованием генерал-губернатора Нильса Штромберга. Шведское правительство, получив сведения о движении русских войск, усилило гарнизон Риги до 12 000 человек. Всего под властью шведов к 1709 году, кроме Риги, находились Пернов (ныне Пярну) и Ревель (ныне Таллин). Все прочее было уже занято русскими.
Граф Штромберг 22 октября 1709 года издал манифест к лифляндцам, в котором убеждал их оставаться верными Швеции и обещал скорое прибытие шведских войск.
Осада Риги началась 29 октября 1709 года.
14 ноября, в воскресенье, была проведена бомбардировка города. Первые три залпа сделал лично прибывший к войскам Петр I. Потом он написал А. Д. Меншикову и своим послам при иностранных дворах:
Нет сомнения, что такие слова были вызваны воспоминанием о неблагосклонном приеме, который оказали Петру в Риге во время его первого путешествия за границу пятнадцатью годами ранее.
На другой день император уехал в Санкт-Петербург, отдав приказание, чтобы Б. П. Шереметев отвел войско на зимние квартиры в Курляндию и оставил для блокады Риги семитысячный корпус под командованием генерала А. И. Репнина.
А. И. Репнин постоянно вел бомбардировки города, пускал «огненные ядра» (гранаты), от которых загорелись многие места в Риге, но все было потушено. Тогда Репнин приказал пускать «огненное ядро», а сразу вслед за ним – бомбу, чтобы пугать пытающихся потушить огонь.
Бомбы падали довольно успешно, обезображивая красивые церкви и дома.
Через некоторое время начался довольно сильный мороз, выпал снег. Потом он начал таять, так что большая часть погребов в Риге была залита водой, а так как жители с началом бомбардировки снесли в погреба большую часть своих пожитков, то они почти все оказались подпорчены.
Сразу же после Нового года, в восемь утра, вновь началась бомбардировка, и она причинила еще больший ущерб, чем прежде, так как бомбы были «чинены особенным образом и большей частью лопались в воздухе с ужасным треском и затем причиняли много вреда».
11 марта 1710 года возвратился фельдмаршал Б. П. Шереметев с основным войском.
По его приказанию две береговые батареи были усилены большим числом орудий. И снова пошли бомбардировки, и бросили девятнадцать бомб, которые каждый раз наносили невосполнимый урон защитникам Риги.
Крепость была блокирована с моря. Попытки шведского флота прорваться к осажденным были отбиты. Несмотря на это, гарнизон не только не сдавался, но и совершал дерзкие вылазки. Чтобы усилить блокаду, русские 30 мая после жаркого боя выбили шведов из предместья. Те отступили, но выжгли предместье, чтобы не дать осаждавшим возможности там закрепиться.
В первых числах июня Б. П. Шереметев построил три батареи, вооруженные пятипудовыми мортирами. Эти батареи в дальнейшем производили весьма разрушительный обстрел города.
Несмотря на упорство шведов в обороне, положение их к началу лета стало критическим. К тому времени в городе уже царили голод и массовая эпидемия чумы, которая унесла в могилу более двух десятков тысяч человек.
11 июня вечером от осаждавших явился парламентер, и его предложение было объявлено в городе на следующий день. Предлагалось сдать город, заключив «благоразумный договор». В противном же случае, писал Б. П. Шереметев, «на город нападут со всех сторон со всей строгостью и усердием, и он будет принужден сдаться огнем и бомбами, и тогда не пожалеют ни одного человека, даже ребенка в люльке».
Потом прибыл другой парламентер, который потребовал произвести размен пленных. Все это было объявлено гражданам и произвело большое замешательство, поэтому весь день после этого прошел в совещаниях.
14 июня осажденные написали ответ, в котором требовали четыре недели перемирия в надежде на помощь из Швеции. На следующий день в ответ на это русские открыли ужасную бомбардировку из мортир и за ночь бросили 365 бомб, которые причинили большой вред людям, церквам и домам.
В этих условиях граф Штромберг не стал ждать, пока обстрелы и безжалостная эпидемия выкосят последних защитников Риги, и согласился на предложенную Б. П. Шереметевым капитуляцию.