Русско-болгарский отряд в короткое время произвёл значительные инженерные работы. По всему фронту были отрыты окопы полного профиля в один и в два ряда, на наиболее опасных направлениях устроены лесные завалы, волчьи ямы, поставлены фугасы. Большое внимание уделялось возведению укреплений на возвышенностях, окружавших перевал. На горе Святого Николая были оборудованы три артиллерийские батареи-Большая, Малая и Стальная.
Сулейман-паша, хорошо понимая значение Шипкинского перевала, называл его ‘сердцем Балкан’ и ‘ключом к дверям Болгарии’. 8(20) августа на военном совете был принят план: демонстрируя частью сил наступление на Шипкинскую позицию с юга, главными силами нанести удар с востока. Сулейман-паша поставил задачу: “Овладеть перевалом не позднее чем через сутки. Пусть при этом погибнет половина нашей армии – всё равно. С другой половины мы по ту сторону гор будем полными хозяевами, потому что вслед за нами пойдёт Реуф-паша, за ним Саид-паша с ополчением. Русские ждут нас у Елены. Пусть остаются там. Пока они доберутся сюда, мы давно будем в Тырново”.
Главный удар должен был наносить отряд под командованием Реджеба-паши (10 тысяч человек и 6 орудий), вспомогательный—отряд Шакира-паши без артиллерии численностью 2 тысячи человек. Остальные силы и средства оставались у д. Шипка в общем резерве Сулеймана-паши. Таким образом, против 6 тысяч человек и 27 орудий русских Сулейман-паша выделил 12 тысяч человек и 6 орудий, обеспечив численное превосходство в живой силе в 2 раза, но уступая русским в артиллерии более чем в 4 раза.
В ночь на 9(21) августа колонны Реджеба-паши и Шакира-паши вышли в исходные районы. Но их попытки вести атаку под прикрытием огня батарей не увенчались успехом: русские артиллеристы меткой стрельбой выводили из строя вражеские орудия, оказывая большую помощь пехоте в отражении наступления противника. В течение всего дня превосходство было на стороне русских.
Несмотря на отсутствие необходимой огневой поддержки артиллерии, Реджеб-паша двинул свой отряд в наступление. Вслед за ним начал атаку и отряд Шакира-паши. Противник наступал в густых сомкнутых колоннах с редкими цепями стрелков впереди. Наиболее упорные бои завязались на направлении вспомогательного удара противника. Защитники горы Святого Николая отбили первую атаку с большими для неприятеля потерями. Тогда Сулейман-паша отдал приказ: “К Вороньему гнезду1 воины должны идти без перерыва. Пусть они падают тысячами – на их место станут другие. Из сигналов допускаются только: ‘сбор’, ‘наступление’ и ‘начальник убит’ ”.
Выполняя приказ командующего армией, Шакир-паша возобновил наступление. В течение дня было предпринято шесть атак. И каждый раз русские отбивали их артиллерийским и ружейным огнём, нередко переходя в штыковые контратаки. Когда не хватало патронов, на врага обрушивались груды камней. К вечеру неприятель, не добившись успеха, прекратил атаки.
Столь же безрезультатно завершилось наступление отряда Реджеба-паши, который предпринял восемь атак.
Бой 9(21) августа окончился полной неудачей для армии Сулеймана-паши. Русские и болгарские воины удержали занимаемые позиции.
Следующий день прошёл относительно спокойно. Противник атак не предпринимал, обе стороны вели артиллерийскую и ружейную перестрелку. Силы защитников Шипки несколько возросли. Ещё в разгар боя к ним подошли подкрепления – 35-й пехотный брянский полк со взводом Донской казачьей батареи. Теперь в отряде Столетова насчитывалось 9 тысяч человек и 29 орудий. Кроме того, Радецкий, получив сообщение о переходе армии Сулеймана-паши в наступление на Шипку, направил туда свой резерв – 4-ю стрелковую бригаду и 2-ю бригаду 14-й пехотной дивизии во главе с М.И. Драгомировым. Сам он также выехал на Шипку.
Весьма активно готовился к новому бою и противник. За день 10(22) августа и ночь на 11(23) августа он возвёл ряд батарей. Турецкое командование выработало новый план наступления. Решено было атаковать русских одновременно со всех сторон, окружить их, а затем, в зависимости от обстановки, пленить или уничтожить. Для наступления выделялось пять отрядов. Отряд Рассима-паши должен был наступать с запада, отряды Салиха-паши, Реджеба-паши и Шакира-паши—с юга, юго-востока и востока; отряд Весселя-паши предназначался для выполнения основной задачи: наступая в направлении Узун-куш, выйти в тыл русским и завершить наступление. Против 9 тысяч человек и 29 орудий русский противник выставил теперь 17,5 тысяч человек и 34 орудия, обеспечив численное превосходство почти в 2 раза в живой силе и равенство в артиллерии.
В ночь на 11(23) августа предназначенные для наступления отряды турок заняли исходное положение. На рассвете их артиллерия открыла огонь по Шипкинской позиции. Противник стремился подавить русские батареи, чтобы подготовить атаку своей пехоты. Имея большой запас снарядов, турки вели частый огонь залпами. Русские открыли ответный огонь, но в связи с недостатком боеприпасов ограничивались прицельной стрельбой – одиночными выстрелами. По всему фронту завязалась артиллерийская дуэль.
Под прикрытием огня артиллерии турецкие войска перешли в наступление. Утром 11(23) августа, когда бой был в полном разгаре, генерал Столетов выдвинул на Узун-куш две полуроты пехоты и полубатарею горной артиллерии. Русские соорудили там батарею, получившую название Тыльной. Этим были укреплены тыловые позиции русско-болгарского отряда.
На всех направлениях противник встретил упорное сопротивление русских. К 12 часам все его атаки потерпели неудачу. Защитники Шипки проявили подлинный героизм. Воины, оборонявшиеся на горе Святого Николая, как и 9(21) августа, испытывали недостаток в патронах, что заставляло их отбиваться с помощью камней. Один из участников боя писал: “Поощряемый этим с нашей стороны безмолвием, неприятель кинулся с величайшей смелостью на скалы и Стальную батарею и подошёл довольно близко к нашим окопам, защитники которых вэто время почти не имели патронов. Что осталось делать? Первая стрелковая рота Брянского полка и Третья стрелковая рота Орловского полка выскочили из своих ложементов и с криком ‘ура’ осыпали наступающего градом камней. Несмотря на эти странные снаряды, турки не выдержали и отступили”.
Хотя первый натиск противника и был отражён, положение русско-болгарского отряда было крайне тяжёлым. Резервов почти не имелось. Кончались снаряды и патроны. Воинов мучили жажда и голод. Противник же не испытывал недостатка ни в боеприпасах, ни в продовольствии. “В небольших ложементах, отбитых у турок,—писал участник войны,—находились огромные запасы патронов, которых при русской экономии хватило бы на все укрепления. Благодаря этому турки буквально засыпали русских пулями, не особенно заботясь о меткости стрельбы. Значительная разница была в питании солдат. В турецких укреплениях, занятых русскими, находились богатые запасы риса, баранины, муки, разных плодов и овощей. Русский солдат, конечно, не смел и мечтать о чём-либо подобном”.
Вскоре отряды Рассима-паши, Шакира-паши и Весселя-паши возобновили наступление, поддерживаемое огнём всех батарей. Отряды Салиха-паши и Реджеба-паши, понесшие ранее большие потери, в таступлении не участвовали. Защитники Шипки встретили атакующих ружейным огнём и энергичными контратаками. Батареи русских, не отвечая на огонь турецкой артиллерии, открыли стрельбу по наступающей пехоте противника. Турки несли большой урон, но продолжали двигаться вперёд. Войскам Рассима-паши удалось вплотную подойти к русским позициям с запада, овладеть горой Волынская и завязать борьбу за гору Центральная. Войска Шакира-паши и Весселя-паши вышли к позициям русских с юго-востока и востока. Русско-болгарский отряд был почти окружён. В его руках оставался лишь узкий перешеек у Тыльной батареи, соединявший Шипкинскую позицию с дорогой на Габрово.
В этот критический момент к Шипке подошла Четвёртая стрелковая бригада из резерва Радецкого, совершившая трудный марш при 38-градусной жаре по пыльным дорогам, забитым обозами беженцев-болгар. Преодолевая все трудности, русские настойчиво стремились на юг, спеша предупредить врага в его усилиях овладеть перевалом. “По мере нашего приближения к становищам беженцев,—писал Анучин,—всё взрослое население становилось на колени и кланялось в землю. “Много здравия, много счастья!”—твердили женщины с рыданиями, глядя на нас. Все мужчины были без шапок. Немало мужчин, женщин и детей были в перевязках. Это – жертвы турецких неистовств. Картина была потрясающая”. В помощь русским солдатам “собрано было 100 носилок с 400 носильщиками… Тысяча человек болгар отправлена с водой в кувшинах, вёдрах и бочках на ослах и телегах… Местные жители вели себя удивительно. По первому слову беженцы опрокидывали свои возы с пожитками и ехали или шли, куда им приказывали”.
Ввод в бой свежих сил решил борьбу в пользу русских. Они вновь заняли гору Волынская. Противник прекратил атаки и отошёл на исходный рубеж. Защитники Шипки высоко оценивали роль стрелков. Один из них рассказывал: “Нас стрелки просто поразили, и мы, видя их в атаке, верить глазам своим не хотели, что эти львы, ещё накануне в походе еле двигавшие ногами, а частью подвезённые в Габрово на подводах, были те же самые люди”.
В ночь на 12(24) августа на Шипку подошли остальные части общего резерва (начальник резерва М.И. Драгомиров 12(24) августа был ранен в ногу и до конца войны выбыл из строя)—2-я бригада 14-й пехотной дивизии с 3-й батареей 14-й артиллерийской бригады. Численность русских войск на Шипке возросла до 14,2 тысяч человек и 39 орудий. Кризис обороны окончательно миновал. На позицию были подвезены снаряды, патроны и горячая пища.