Операция была разработана в армейской штаб-квартире. Главный удар наносился по городу через Рыжую гору, после чего следовало отрезать засевшим здесь туркам путь к отступлению за реку Осму. На левом неприятельском фланге демонстративную атаку вела правая колонна генерал-майора Добровольского силой в 4 пехотных батальона с 20 полевыми орудиями. Она должна была отвлечь на себя внимание Рифат-паши от Рыжей горы.

Главный же удар по укреплениям этой высоты наносила левая колонна генерал-майора Скобелева, состоявшая из 10 батальонов пехоты, кавалерийского эскадрона, двух казачьих сотен и 56 орудий. За скобелевской колонной следовал общий резерв генерал-майора Энгмана — 11 батальонов пехоты и 16 орудий. К северу наступала Кавказская казачья бригада полковника Тутомлина (10 сотен при 6 орудиях), с юга поиск неприятеля вели две казачьи сотни.

Первой должна была наносить удар колонна Скобелева, поскольку Добровольский мог пойти вперёд без больших потерь только после взятия Рыжей горы. Атака Ловчи началась в 5 часов утра 22 августа артиллерийской канонадой из 68 орудий. Однако двинувшаяся было вперёд колонна Добровольского попала под сильный ружейный огонь, понесла урон в людях и была контратакована вражеской пехотой. Штыковым контрударом русские отбросили турок назад.

Атака двух штурмовых колонн имела в итоге успех: батальоны Рифат-паши были отброшены на левый берег реки Осмы и в сам город. Около 12 часов дня русская пехота с распущенными знамёнами и при поддержке артиллерии атаковала Ловчу. К этому времени пала оборона Рыжей горы. Неприятель в беспорядке оставил город, отойдя на укреплённую позицию севернее его.

Атака последних ловчинских укреплений началась около 14 часов дня. Особенно упорными оказались схватки за редут и рощу у мельницы. Здесь отличились под командованием Скобелева пехотные полки Калужский, Либавский и Ревельский. Когда турки обратились в бегство с поля боя, их до наступления темноты преследовали сотни Кавказской казачьей бригады.

В армейскую штаб-квартиру победное известие из освобождённой Ловчи пришло только на следующий день. Посланный генералом Имеретинским офицер с казачьим конвоем скакал всю ночь. Адъютант главнокомандующего полковник Михаил Газенкамф записал в своём дневнике:

«...Получено радостное известие о взятии Ловчи вчера: из полученных пока известий видно, что дело было ведено с толком и энергией».

Схватка за Ловчу дорого обошлась и туркам, и русским. Первые только убитыми потеряли более двух тысяч человек. Общие потери вторых составили 1700 человек. Штурм был интересен для развития тактики полевого боя тем, что русская пехота атаковала неприятеля перебежками, чего не было ни в одном воинском уставе того времени.

Николай Николаевич-Старший, докладывая на следующий день императору Александру II об исходе ловчинского дела, среди прочего заметил:

— Наш солдат, к сожалению, сам ищет лучшие способы для атаки турецких укреплений. Солдат, а не его начальники.

— Ловча что-то новое показала в тактике пехотного боя?

— Ваше величество, скобелевские нижние чины за Осмой шли на турок перебежками. Не цепью и не колоннами.

— Вы считаете, что это было нарушением устава пехотного строя?

— Да, ваше величество. Так солдат 2-й дивизии ходить в атаку не учили.

— Тогда кто их научил так воевать под Ловчей? Скобелев?

— Нет, генерал Скобелев это дело только подметил и мешать бойцам того же Калужского полка не стал. Солдаты сами определили, как можно меньше людей в бою терять.

— Значит, надо записать такое дело в наших воинских уставах. Если нам его солдат подсказывает...

Бой за город Ловчу не стал каким-то рядовым эпизодом той войны. Осман-паша, получив донесение о том, что русские подступили к этому городу, сразу понял всю опасность такого хода противника для Плевенской крепости: она отрезалась от Южной армии Сулейман-паши, сосредоточенной перед Шипкой. Плевенский гарнизон после падения Ловчи терял и последний, достаточно надёжный путь к отступлению в Балканы.

22 августа Осман-паша вознамерился было прийти на помощь отряду Рифат-паши. Он вывел за стены Плевенской крепости на вылазку 18 батальонов пехоты (около 12 тысяч человек). Чтобы прорваться к Ловче, турки атаковали позиции русского 4-го армейского корпуса генерала Зотова, но были отражены прежде всего пушечным огнём.

Этот бой под стенами Плевны при всей своей удачливости наводил Николая Николаевича-Старшего на грустные размышления. Ни Зотов, ни в первую очередь генерал Криденер не предприняли мер, чтобы разгромить немалую часть плевенского гарнизона в полевом бою.

То есть не проявили разумной инициативы. Когда полки Зотова отражали лобовые атаки вражеской пехоты, и армейский корпус Криденера безучастно наблюдал за ходом событий. Приди он в атакующее движение, и Осман-паше пришлось бы уводить обратно в Плевну далеко не всех ходивших на вылазку.

Раздосадованный великий князь после трудного разговора с императором Александром II не удержался, чтобы не поделиться грустными мыслями со своим любимым адъютантом полковником Дмитрием Скалоном:

— Ты знаешь, государь недоволен вчерашним боем. Это, должно быть, военный министр, который не любит Зотова, ему наговорил. Его упрекают, зачем он только отразил нападение, но не перешёл затем в наступление.

— Надо Бога благодарить, ваше высочество, что Зотов не увлёкся! — воскликнул Скалой.

— Именно, — подтвердил великий князь, — ведь в чём тут дело? Очевидно, турки щупали везде, чтобы узнать всё про нас. Они знали, что на Шипке было стянуто достаточное количество войск для отражения Сулеймана и что мы ждём подкреплений.

— Верно, ваше высочество. Мы уже столько турецких лазутчиков из Плевны переловили, что и не счесть.

— Вот то-то и оно, Скалой, что турки нас разведывали. Если бы они сделали серьёзное нападение из Плевны, то вывели бы все свои войска.

— Ваше высочество, искусство ведь в том и состоит, чтобы при такой рекогносцировке неприятеля не обнаружить свои силы. Оттого и хорошо, что Зотов развернул только четыре полка.

— То корпусной наш командир поостерёгся. Молодец.

— А если бы, перейдя в решительное наступление, турки навели бы Зотова на свои укрепления?

— Поди повоюй тут с двух сторон!

— Когда вы говорили с государем?

— Я не говорил. Государь передал мне с Николаем Михайловичем Лейхтенбергским, что очень недоволен действиями Зотова.

— А военный министр знает, что вы хотите предпринять?

— Нет, никто не знает, кроме государя.

— Так объясните же, ваше высочество, его величеству ваше мнение о Зотове.

В это время к главнокомандующему, беседовавшему со своим адъютантом, подошёл начальник армейского штаба Непокойчицкий.

— Послушайте, вот Зотов молодец! Он очень хорошо вчера в бою сделал, не раскрыв своих сил туркам.