Турецкое правительство и его вассал — крымский хан стремились освободить Азов во что бы то ни стало. Казаки, всемерно усиливая крепость, уже в 1640 году совершили поход в Черное море, где на протяжении трех недель вели непрерывные морские бои с османским флотом. Легкий казацкий флот был разбит, большинство казаков на поврежденных стругах причалили к берегу и сушей вернулись обратно. Турецкое правительство предприняло и дипломатический ход, направив к Азову ногайского мурзу Салтана Аксак Кальмаметьева с требованием возвратить город Турции. Казаки ответили с большим чувством, а сцена написания ответа собирательно легла в основу классической картины И.Е. Репина «Запорожцы». Между тем турки и татары приступили к более жестким мерам, разбив в пятидневном сражении казачьи отряды и перерезав пути снабжения Азова из Москвы.
Весной 1641 года Азов был блокирован с моря, а 7 июня 1641 года — с суши, где была сосредоточена 30-тысячная армия Дели-Гуссейн-Паши. «Укрепления Азова обстреливало 129 больших «проломных» пушек, стрелявших ядрами весом не менее пуда, и 32 «верховые» пушки (мортиры)... Казаки под началом 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... Дели-Гуссейн-Паша направил султану послание с просьбой прекратить осаду и отвести войска, чтобы лучше подготовиться к новому нападению... 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: погибли 15 тыс. турецких пехотинцев, 3 тыс. моряков, 7 тыс. татар. Но и казакам победа досталась дорогой ценой — около половины их (3 тыс. человек) погибло, а почти все оставшиеся в живых были ранены», — пишет в книге «Войны и войска Московского государу ства» В.А. Волков. После снятия осады казаки направили к царю письмо где просили прислать в город воевод и войско. Для изучения вопроса были присланы А. Желябужский и А. Башмаков, нашедшие состояние крепости неудовлетворительным (из 11 башен осталось 3, большая часть укреплений была разрушена). В Азов была прислана царская грамота с просьбой вернуть город султану. В начале июня 1642 года казаки ушли из Азова, взорвав остатки укреплений.