Намерение турок любой ценой вернуть себе Азовскую крепость не являлось тайной для донских атаманов. Об этом сообщали взятые в плен «языки». Ожидая прихода неприятельской армии, казаки продолжали укреплять свою новую столицу, готовили воинские припасы и провиант. Им вновь помогло русское правительство, накануне вражеского нападения направившее в Азов 4 тыс. четвертей ржаной муки, 350 четвертей овсяной крупы, 350 четвертей толокна, 300 четвертей сухарей и большую денежную казну (8 тыс. рублей). Помимо малых пищалей в крепости находилось 7 больших пушек, для которых еще в 1639 г. из Москвы было доставлено 350 железных ядер.

В конце 1640 — начале 1641 г. обстановка в Приазовье начала сгущаться. Закончив войну с Ираном, новый султан Ибрагим I решил нанести мощный удар по донским казакам. Повинуясь его приказу, войско крымского хана Бегадыр-Гирея в начале января 1641 г. начало нападать на стоявшие под Азовом казачьи отряды. В пятидневном сражении донцы были разбиты, после чего противнику удалось прервать сообщение донцов с Воронежем, откуда к ним поступали хлебные запасы. По этой причине в 1640 и 1641 гг. на Дон не было прислано царского «зелейного» и «хлебного» жалованья. В канун вражеского нашествия казакам удалось переправить лишь денежную казну — 6000 руб. в 1640 г. и 8000 руб. в 1641 г.

Крымская блокада Азова предшествовала большому походу турецкой армии и флота. Весной 1641 г. султан Ибрагим направил к устью Дона флот, состоявший из 70 «каторг» и 90 «ушкулов» (по другим, по-видимому, преувеличенным сведениям у противника было 100 галер, 80 больших и 90 малых «ушкулов) и 30-тысячную турецкую армию Дели-Гуссейн-паши». Подошедшая туда 40-тысячная крымская орда участия в осаде не принимала. Лишь на минных работах были задействованы крымские сеймены (стрельцы). Почти все они погибли при взрыве осажденными турецких подземных работ.

Осада началась 7 июня 1641 г. и продолжалась почти 4 месяца. Укрепления Азова обстреливало 129 больших «проломных» пушек, стрелявших ядрами весом не менее пуда, и 32 «верховые» пушки (мортиры), на случай вылазки осаждающие установили в своих траншеях 674 небольших орудия, скрепленных между собою цепями. Казаки под командованием атамана Осипа Петрова и Наума Васильева (5367 мужчин и 800 женщин) отбили 24 приступа врага. Во время первого штурма осажденные использовали заранее установленные на вероятном направлении атак противника пороховые мины, с помощью которых был взорван Топраков город (Земляной город) — предместье Азова. Турки попытались подвести к стенам крепости земляной вал, подобный тому, с помощью которого они незадолго до этого взяли Багдад. Но и эти работы были взорваны осажденными. Неудачей закончилась и многодневная бомбардировка Азова. Казаки достаточно легко перенесли продолжавшийся 16 суток обстрел крепости из тяжелых орудий, отсидевшись «в четвертом земляном городе и в земляных избах». Встревоженный неудачным ходом осады и большими потерями своей армии Дели-Гуссейн-паша направил султану послание с просьбой прекратить осаду и отвести войска, чтобы лучше подготовиться к новому нападению. Начать его турецкий командующий предлагал следующей весной. Однако Ибрагим отверг его доводы и прислал военачальнику краткий ответ с решительным приказом: «Паша, возьми Азов или отдай свою голову». Все же в ночь с 25 на 26 сентября 1641 г. Дели-Гуссейн-паша был вынужден нарушить повеление султана и снять осаду, продолжавшуюся 93 дня. В боях и на штурмах его войска понесли тяжелые потери: погибло 15 тыс. турецких пехотинцев, 3 тыс. моряков, 7 тыс. татар. Но и казакам победа досталась дорогой ценой — около половины их (3 тыс. человек) погибла, а почти все оставшиеся в живых были ранены.

Отстояв Азов, казаки предложили правительству царя Михаила Федоровича принять город под свою власть и прислать в него воевод и войско. Для изучения обстановки на месте в Азов послали дворянина Афанасия Желябужского и подьячего Арефия (Арефу) Башмакова, которые на месте тщательно изучили обстановку и доложили о ней царю и боярам после своего возвращения 8 марта 1642 г. Доставленные сведения были неблагоприятными — выяснилось, что большая часть азовских укреплений разрушена, из 11 башен осталось только 3 и то поврежденные. По этой причине Желябужскому даже не удалось изготовить «чертеж» Азова, о чем они сообщили по возвращении в Москву. Тогда же царем Михаилом и его советниками были получены явно встревожившие их вести из Турции, в которых сообщалось о решимости султана любой ценой добиваться возвращения захваченной казаками крепости. Правительству пришлось срочно пересматривать решение Земского собора, состоявшегося в январе 1642 г. в Москве, на котором большинство участников высказались за присоединение Азова к Русскому государству, даже ценой неизбежной войны с Турцией. (Предложение казаков оказалось очень привлекательным для многих представителей служилого сословия, но финансовое положение страны оставалось сложным, поэтому правительство решило не принимать Азова и уговорить донцов вернуть город турецкому султану). 30 апреля 1642 г. на Дон выехал дворянин Михаил Засецкий с царской грамотой казакам, в которой им предлагалось уйти из Азовской крепости. 28 мая грамота была прочитана на войсковом круге и принята собравшимися донцами. Вскоре после решения круга в начале лета 1642 г. казаки ушли из Азова на Махин остров, взорвав его укрепления и увезя с собой в качестве трофеев крепостные ворота и городские весы.

Турки, восстановившие укрепления Азова, попытались нанести ответный удар по донским казакам и весной 1643 г. напали на их поселения. Вверх по Дону двинулась большая армия во главе с Реджеп-агой, усиленная таборами янычар. 22 апреля в результате неожиданной атаки был захвачен городок Маныч, затем — Черкасск и Монастырский городок. Однако нападение на Раздоры, где находились вывезенные из Азова пушки, оказалось неудачным. Казаки отбили турецкий штурм. Противник, понесший большие потери, был вынужден отступить, но военные действия на Дону продолжались и позднее. В 1644 г. были разгромлены городки Голубые и Кагальник; в 1645 г. нападению подверглись верховые казачьи поселения. В результате турецкой агрессии на Дону казаки заявили московскому правительству о своем решении отступить на Яик. Чтобы не допустить такого развития событий, чреватого ослаблением обороны южных границ. Русское командование вынуждено было оказать срочную военную помощь донскому казачеству.

* * *

В годы «Азовского сидения» казаков крымские набеги на Русь почти прекратились. Воспользовавшись этим обстоятельством, московское правительство продолжало укреплять южную границу. В 1635–1637 гг. помимо упоминавшихся выше Тамбова, Козлова, Верхнего и Нижнего Ломова здесь строятся города Чернавск, Усерд, Яблонов, Ефремов, Талицкий острог, на старом «Орловском городище» восстанавливается город Орел, уничтоженный в 1611 г. во время «литовского разорения». В 1638 г. на реке Короче строится Корочинский острог, первоначально именовавшийся «Красным городом». Еще более упрочило оборону крымской «украины» возведение в 1639 г. на Северском Донце небольшой русской крепости Чугуев. Новый город, будучи расположен южнее Белгорода, оказался вне системы засечных укреплений, занимая исключительно важное положение на степной границе Московского государства между «Царевой дорогой» (Изюмским шляхом, вдоль которого двигались основные волны татарских нападений в 1630-е гг.) и Муравским шляхом, где татары стали действовать в 1640-е гг.