В полночь на 5 октября подполковник князь Прозоровский и майор Паткуль повели своих немногочисленных людей (по 300 гренадеров у каждого, плюс по 200 гренадеров и по 2 эскадрона кавалерии в поддержку) на штурм Галльских и Котбусских ворот. Но прусские пушки из галльских флешей действовали так сильно, что предприятие осталось без успеха (в основном из-за неудачного командования Тотлебена): пруссаки установили в домах 3-фунтовые пушки и в упор били картечью по наступающим. Ружейный огонь хлестал из каждого двора, из переулков, с крыш. Прорвавшиеся в город гренадеры Прозоровского, двигаясь в темноте наугад по узким средневековым улочкам, попадали в засады и несли большие потери (только отряд Прозоровского потерял 92 человека убитыми и ранеными). Паткуль же сразу отказался от штурма Котбусских ворот и без потерь вернулся в расположение русских. В конце концов Тотлебен приказал отступать.

На следующее утро пришло известие, что принц Евгений Вюртембергский идет из Темплина на помощь Берлину. Боясь попасть между двух огней, Тотлебен ретировался к Кепенику и взял этот городок с замком. Принц Евгений хотел преследовать Тотлебена, но весь корпус графа Чернышева успел уже с ним соединиться. Утром 5 октября Чернышев принял на себя общее командование. В это же время на помощь русским шла выделенная из корпуса Фермора дивизия Панина, а сам Фермор обещал в случае нужды подойти к Берлину с остальными войсками.

Между тем к Берлину шел прусский генерал Гюльзен, вытесненный из Саксонии. Авангард этого отряда под командованием полковника фон Клейста уже вышел к Потсдаму. С целью обеспечить связь с этим городом принц Вюртембергский выдвинул на высоты перед Галльскими воротами 3 батальона пехоты и 200 кавалеристов. Для прикрытия Берлина с правого берега на передовую были направлены 5 батальонов, 6 драгунских эскадронов и несколько эскадронов гусар под командованием майора Цеймера. Этим крошечным силам предстояло сдержать натиск 20 тысяч русских. Начиналась битва за Берлин.

Чернышев решил нанести главный удар на правобережье Шпрее. Тотлебену, находившемуся на левом берегу, предписывалось вести отвлекающие действия; связь с главными силами обеспечивала пехотная бригада, находившаяся в Кепенике. Войска Тотлебена (который всеми силами стремился лично взять Берлин, приписав себе всю славу) по-прежнему находились перед Галльскими и Котбусскими воротами, на ближайших к городу позициях. Вскоре к Тотлебену подошел 14-тысячный корпус Ласси и расположился перед Бранденбургскими воротами. Ласси, как старший по званию, принял общее командование союзными войсками на левом берегу. Едва встав на позиции, он направил Рохову (через посредство прусского генерала Левенштейна) предложение о капитуляции, даже не известив об этом Тотлебена. Пруссаки отклонили предложение австрийского генерала. Тем временем на правом берегу Чернышев готовился к бою и штурму.

Взятие Берлина русскими войсками 28 сентября 1760 года.

На рассвете 7 октября войска Чернышева, не дожидаясь Панина, двинулись на селение Лихтенберг, где проходила цепь высот, занятых Цеймером. Наступавшие войска немедленно подверглись фланговой атаке эскадронов Евгения Вюртембергского — пруссаки сбили пехоту и прорубились к поливавшим их картечью пушкам, но были контратакованы кирасирами полковника Гаугревена и Молдавским гусарским полком, рассеяны и отброшены. Поражение прусской конницы позволило Чернышеву занять высоты западнее Лихтенберга, прикрыв свой правый фланг и создав угрозу для частей Цеймера справа. На высотах была установлена 6-орудийная батарея, немедленно открывшая по противнику огонь. После этого русские пошли в атаку: слева кавалерия, справа — пехота. Принц Евгений не принял боя за высоты и отвел отряд Цеймера под прикрытие палисада берлинских предместий. Вечером подошел проделавший за два дня 75 верст авангард дивизии Панина.

Таким образом, на правом берегу русские имели (без учета главных сил Панина, все еще находившихся на марше) 23 батальона и 18 эскадронов — 11 тысяч пехотинцев и 4 тысячи кавалеристов. Через день ожидалось прибытие резервов. На левом берегу стоял Тотлебен (3 тысячи штыков и сабель) и Ласси (14 тысяч). Пруссаки могли противопоставить этому только 26 батальонов и 14 эскадронов Гюльзена в Берлине плюс 16 батальонов и 20 эскадронов принца Вюртембергского на правом берегу (всего 14 тысяч штыков и сабель). Пруссаки расположились перед Ландсбергскимн и Кепеникскими воротами и тут решили дать последний бой. Левальд и Зейдлиц рекомендовали предпринять главными силами атаку против Чернышева, обойти его правый фланг и принудить к отступлению. Тем временем Гюльзен мог провести демонстрации против Тотлебена и Ласси. Все это давало пруссакам время до ожидавшегося подхода армии Фридриха.

Начало штурма Берлина было назначено на 7 утра 9 октября. Согласно плану, после пробития утренней зари все наличные силы, построенные в полудивизионные колонны с кавалерией на флангах, выступали к Берлину. Подойдя на дистанцию выстрела, они разворачивались и атаковали высоты, прилегавшие к городским предместьям, имея в первой линии гренадерские роты. Полевая артиллерия должна была обстреливать цели в городе, полковая — поддерживать огнем пехоту. Всем командирам и солдатам было приказано «сию атаку наисовершеннейшим образом произвесть… удержать ту славу и честь, которую российское оружие чрез то долгое время хранило». Моральный дух в русской армии был очень высок: так, командир Кексгольмского полка докладывал, что «невозможно описать, с какою нетерпеливостью и жадностью ожидают войска сей атаки; надежда у каждого на лице обозначена». Утром граф Чернышев двинулся против принца Евгения, а Тотлебен с 3000 человек пошел на Гюльзена.

Распоряжения Чернышева были отличны: русские крылья охватывали весь город, река Шпрее находилась в их руках, и прусским войскам был оставлен только один путь к их отступлению. Несмотря на это, дело непременно дошло бы до битвы, но… вышло иначе. После сигнала к наступлению русский авангард доложил, что принц Евгений в ночь на 9 октября со всеми прусскими войсками ушел на Шарлоттенбург к крепости Шпандау. Разочарование в русских войсках было ни с чем несравнимым: по этому поводу темпераментный Панин в сердцах бросил: «Замахнулись мы, б…, а бить-то некого».

Приготовления к штурму не остались для пруссаков незамеченными: в ночь на 9 октября принц Вюртембергский созвал военный совет, на котором (ввиду отсутствия помощи от Фридриха) Гюльзен и Кноблаух сразу предложили уходить из столицы, чтобы сберечь силы. С русскими еще можно было сражаться, но подход крупного корпуса Ласси (всего у союзников, таким образом, насчитывалось 40 тысяч человек) делал оборону столицы безнадежной. Рохов поддержал их. Попытка русской кавалерии перехватить пруссаков у Шпандау к успеху не привела: пострадал только арьергард.

Молдавские гусары полковника Подгоричани и казаки Краснощекова атаковали тыловое прикрытие принца Евгения, состоявшее из пехотного полка фон Клейста, пехотного фрай-батальона (ландверного) Вюнша, трехсот егерей и шести эскадронов конницы. Прусская конница была быстро рассеяна, но пехота, встав в межозерном дефиле, отбила две кавалерийские атаки, задержав врага. Исход боя решили гусары Текели и кирасиры: полк Клейста был изрублен на месте, а Вюнш с егерями сдались в плен. В плен попало более 1000 человек, погибло 2000 пруссаков. Однако маленький арьергард сумел прикрыть отход своей армии: главные силы принца ушли на соединение с Фридрихом II.