Выступление в поход объединенного Запорожско-Донского казачьего войска состоялось в середине весны 1637 года. Санкция на военную экспедицию была получена станичниками несколькими месяцами ранее, после одобрения идеи похода на казачьем кругу как в Запорожской Сечи, так и в Монастырском Яру (политическом центре Войска Донского). Выгодно расположенная в устье Дона, хорошо укрепленная турецкая крепость была для свободолюбивых степных рыцарей словно кость в горле. Азов надежно перекрывал флотилиям казачьих «чаек» выход на черноморские просторы «за зипунами» и покрывал многочисленные рейды степняков, не упускавших случая поживиться за счет соседского добра. Приговор казацкого схода был лаконичен и безапелляционен: «идти посечь бусурман, взять город Азов и утвердить в нем православную веру».

Выступая в поход, казаки заручились дружественным нейтралитетом России и вскоре получили от нее поддержку в виде солидных запасов продовольствия и вооружения. Москве, несмотря на мирные на тот период отношения с Турцией, поход казаков под Азов был объективно выгоден: страна несла огромный урон от регулярных опустошительных набегов вассальных Порте крымцев и ногайцев. Российская держава, по сути, предоставляла казакам карт-бланш на таскание турецких каштанов из огня будущей военной баталии, формально оставаясь над схваткой.

Силы противников были примерно равны: подошедшей под стены азовской фортеции казацкой рати в четыре с половиной тысячи сабель противостоял почти такой же гарнизон крепости. Правда, у турок насчитывалось две сотни пушек против 94 у казаков. Начавшаяся осада города с активными шанцевыми раскопками казаков по периметру вызвала у турок лишь ехидные насмешки. Однако донцам с запорожцами удалось практически невозможное: на виду у неприятеля произвести скрытный подкоп(!) под самое сердце османской цитадели Таш-кале и заложить там мощный заряд. Итогом стал взрыв огромной разрушительной силы, обрушивший часть стен: сквозь образовавшийся пролом осаждавшие пошли на штурм. В ходе ожесточенной схватки казаки не брали пленных: жизнь была сохранена лишь томившимся в азовской неволе единоверцам. Так 18 июня 1637 года казацкий поход под Азов завершился блистательной победой — после непродолжительной осады крепость пала.

Лавры победителей дались казакам дорогой ценой — четверть станичников полегла под стенами крепости. Зато и азовские трофеи были велики: казаки «дуван дуванили», то есть делили на части османское добро, свыше месяца. Вести о небывалом свершении степных рыцарей быстро разлетелись на восток и запад. И если персидский шах оперативно поздравил станичников с военным триумфом над своим заклятым врагом, прислав под азовские стены посольство с дарами и предложением военного союза, то европейские властители поначалу уподобились библейскому Фоме, отказываясь верить случившемуся. Только специально отправленное в Азов иезуитское посольство убедило наконец-то западные государства, что считавшаяся доселе неприступной крепость пала.

Однако взоры казаков после победы были обращены на Россию. Практически сразу же после виктории они отправили в Москву делегацию с предложением принять Азов под свое великодержавное крыло. Правительство первого русского царя из династии Романовых было поставлено в очень щекотливое положение: соблазн согласиться был велик, но и риск огромен. Положительный ответ на казацкую просьбу означал бы неминуемую войну с Портой. Понимая исключительное значение завоеванной казаками крепости как перспективы утверждения России в Северном Причерноморье, в Москве для выработки коллегиальной позиции был даже экстренно созван Земский собор. Впрочем, его итог разочаровал покорителей Азова. Россия Михаила Федоровича, серьезно ослабленная недавним поражением в войне с Речью Посполитой под стенами Смоленска, сочла за благо перестраховаться и сохранить худой мир с Турцией.

Но казаки не пали духом. Они подлатали азовские стены и наладили прибыльную торговлю на завоеванной территории. От стен Азова казаки совершали дерзкие стремительные рейды по черноморским окрестностям, наводя страх и ужас на турецкие приморские города и селения. Почти пять лет казаки в Азове были хозяевами положения.

С честью выдержали казаки под Азовом и многомесячную осаду турецко-татарского войска в 1641 году. Своим мужеством и героизмом хозяева крепости вынудили многократно превосходившего в силах противника (по самым минимальным подсчетам — в 25 раз!) снять блокаду. Этот уникальный эпизод стал известен в истории как Азовское осадное сидение.

Однако изнурительная вражеская осада в отсутствие военной помощи со стороны России и новый отказ Москвы принять Азов в русское подданство вынудили казаков летом 1642 года оставить крепость. Не желая дать противнику вновь закрепиться в устье Дона, станичники уничтожили стены причерноморской твердыни. После казацкого исхода с Азова туркам досталась лишь груда развалин.