Поскольку правое крыло русского войска выполнило свою задачу и пока что не было задействовано в сражении, Муравьев и Бурцев объединили свои силы с основной армией напротив Карса, и 13 июня Паскевич начал поход на Эрзерум во главе войска, насчитывающего 18 000 человек (12 340 штыков, 5785 кавалеристов, 70 пушек). При такой армии, хотя и уступающей по численности противнику, любой главнокомандующий уровня Паскевича вполне мог чувствовать себя уверенным в успехе сражения против храбрых, но недисциплинированных и не имевших хороших командиров турок. Тем не менее задача перед русскими стояла непростая, и любая ошибка могла стать роковой. Главная армия турок стояла у Хасан-Калы; авангард, состоявший из 20 000 человек под командованием Хагхи-паши, занимал хорошо укрепленную, практически неприступную позицию на северо-восточной оконечности Саганлугской гряды, контролирующей Меджингертскую дорогу, одну из двух дорог, соединяющих Каре с Хасан-Калой. Паскевич со своей обычной смелостью решил пойти по другой дороге, ведущей к Зевину, и зайти Хагхи в тыл. Таким образом, он отрезал бы ему дорогу к отступлению, но одновременно поставил бы свою армию в опасное положение между двух враждебных сил, каждая из которых превосходила его армию численностью. Паскевич ударил по Хагхи, штурмом взял его лагерь, уничтожил армию и повернулся лицом к персидскому султану. Благодаря обстоятельствам, предвидеть которые не мог никто, ход событий был изменен – но результат был тем же самым. Рискованная природа предприятия была очевидна, хотя реальная степень опасности стала ясна, только когда отступление без боя оказалось невозможным. Оставив лагерь 19 июня ближе к вечеру, Паскевич направил по Меджингертской дороге отряд Бурцева, чтобы замаскировать свои собственные передвижения, пошел по дороге на Зевин с основными силами и, пройдя расстояние в 26 миль (39 верст) по скалистым горам, местами покрытым лесом и снегом, сумел незамеченным подойти с тыла к лагерю турок, где к нему присоединился Бурцев. Русские без потерь перешли Саганлугские горы. Генерал Монтейт сравнил этот марш-бросок с переходом Суворова через Альпы. К своему великому удивлению, Хагхи утром обнаружил, что произошло, однако, зная, что сераскир приближается из Хасан-Калы с 30-тысячной армией, и считая собственную позицию неуязвимой, с мрачным удовольствием ожидал развязки того, что считал роковой ошибкой. Действительно, укрепленный лагерь Милли-Диуз оказался столь хорошо прикрыт тройной грядой заснеженных гор и глубоких каменистых ущелий, что Паскевич, имея своей конечной целью Эрзерум, не желал нести тяжелые потери, которые были неизбежны при штурме такой цитадели. Три дня (с 15 по 17 июня) были потрачены на тщательное изучение обстановки. За это время к лагерю был подтянут обоз с боеприпасами и амуницией. Тогда же было решено продолжить движение кружным путем на юго-восток, чтобы занять более выгодную позицию, хотя этот путь занял лишних 50 километров. Однако перед тем, как возобновился поход, случилось нечто, что обещало успех всей кампании. Была получена информация, что отряд противника численностью 1600 человек занял сильную позицию, контролирующую дорогу на Эрзерум. Чтобы выбить этот отряд с позиции, было послано достаточное число пехоты, кавалерии и артиллерии, а более крупный отряд отрезал врагу отступление к Милли-Диузу. Результатом стала полная победа русских, и опять важную роль сыграла недавно сформированная мусульманская кавалерия, которая сражалась со своими единоверцами столь яростно, что русские офицеры с трудом пытались спасти жизнь хоть кого-то из них. В связи с этим можно сказать только одно: если бы религия Аллаха сумела сформировать более тесные узы между ее приверженцами, то успех России на Кавказе был бы по меньшей мере поставлен под сомнение.

Более трехсот турецких пехотинцев были изрублены на куски; многие попали в плен; однако Осман-паша с большей частью кавалерии сумел ускользнуть.

Разведка, проведенная Муравьевым по дороге в Эрзерум, позволила сделать открытие чрезвычайной важности. Авангард русской колонны столкнулся с отрядом турецкой кавалерии; казачий сотник внезапно заметил белые палатки регулярной пехоты, а разведчик, посланный вперед с обещанием крупной награды, принес известие о том, что эти части являются авангардом армии сераскира.

В соответствии с полученными приказаниями Муравьев вернулся в лагерь.

На следующий день, 18 июня, Паскевич продолжил марш на Эрзерум. Последние три дня он по утрам поднимался на высоты, смотрящие на лагерь Хагхи. Чтобы скрыть свое круговое движение, он повторял один и тот же маневр: в нем было задействовано 6 батальонов пехоты, казачья бригада и 20 пушек под командованием генерала Панкратьева. В то же время меньший по размерам отряд был выслан вперед, чтобы замаскировать фронт приближающейся армии. Когда, ближе к полудню, армия наконец пришла в движение, Паскевич, повернувшись к своей свите, воскликнул: «Теперь моя армия подобна маленькому кораблю: я обрубил канат и двигаюсь в открытое море, не оставляя себе шанса на возвращение». Из-за узости и опасности дороги в тот день было пройдено лишь 10 верст, и ближе к ночи Панкратьев, выполнив свою задачу, присоединился к основной армии в качестве арьергарда, а отряд Муравьева стал авангардом. Когда русская армия двинулась по Ханской долине, утром 19 июня она столкнулась с вражескими пикетами, и стало ясно, что битвы избежать не удастся. Нужна была информация о составе и количестве неприятельского войска, которое даже теперь Паскевич считал частью армии Хагхи. Кстати, прямо напротив него стоял сам сераскир с 12-тысячным войском, и не успела колонна Муравьева спуститься в долину и образовать фронт, как турецкая кавалерия бросилась в атаку. Действия русской пехоты и артиллерии охладили пыл нападавших, бой превратился в дуэль артиллерийских расчетов. Однако на левом фланге Бурцев, располагавший только Херсонским полком и 12 пушками, не имевший подкрепления и резервов, был вынужден отражать натиск превосходящего численностью врага – от 5000 до 6000 кавалерии – из лагеря в Милли-Диузе при поддержке такого же количества из основной турецкой армии. На какой-то момент Паскевич и его свита буквально затаили дыхание. Казалось невозможным, что русские смогут выжить под таким натиском, однако, когда дым пушек рассеялся, все увидели, что маленький отряд Бурцева жив и невредим, а турецкая кавалерия – далеко. Паскевич воспользовался моментом, чтобы начать решающую атаку на центр вражеского войска, расположенного напротив левого фланга русских за рекой Загхин-Кала-Су. Маневр был успешным; турецкий центр был сломлен, левый фланг отрезан от центра и отброшен к горам. Турки в беспорядке бежали к деревне Каинли под прикрытием собственных резервных отрядов. Тем временем правое крыло вместе с кавалерией Хагхи совершили еще одну отчаянную попытку опрокинуть Бурцева. И опять русское каре держалось стойко, но туркам удалось зайти русским в тыл. Они как раз разгромили обоз с продовольствием и амуницией, когда на помощь русским пришла подмога в виде двух казачьих полков, посланных Панкратьевым. Почти одновременно подошло и подкрепление под командованием барона Остен-Сакена, и враг, которому теперь угрожали с двух сторон, бежал.

Казалось, битва подошла к концу. Поскольку было уже 5 часов, отдали приказ разбить лагерь на берегах Каинли-Чая, однако пришедшие новости сразу же изменили положение вещей. Стало известно, что турецкий главнокомандующий вовсе не имел намерения давать сражение в тот день. Информированный не лучше своего противника, он понятия не имел, что русское войско, вклинившееся между ним и Хагхи-пашой, и была вся армия Паскевича. От Милли-Диуза он отозвал только кавалерию, а основная часть его войска – 18 000 человек – только приближалась к Зевину. Он окапывался на покрытых лесом горах, чтобы дождаться подхода остальной армии, и намеревался дать решающее сражение на следующий день. Именно этого и хотел избежать Паскевич; объединенное турецкое войско численно превосходило его собственное в три раза. В таких условиях даже победа могла обойтись столь дорого, что это поставило бы под угрозу (если вообще не сорвало бы) его поход на Эрзерум и дальше. Момент был критический: время терять было нельзя. Было решено предпринять ночную атаку на турецкий лагерь. К 7 часам вечера диспозиция была готова; враг, не ожидавший ничего подобного и атакованный с центра и с флангов, не оказал сопротивления и в панике бежал, преследуемый русской кавалерией. Возле Зевина было сконцентрировано войско в 2000 человек, которое не принимало участия в сражении, однако появление разбитых отрядов и рассказы о численности и мощи русских посеяли среди воинов панику, и они тоже поспешно стали отступать. Так, совершенно неожиданно, 19 июня турецкая армия была разбита наголову; теперь ключи от Милли-Диуза находились в руках русских, а Хагхи и его армия были обречены.