12 июля пришло уведомление Дибича, чтобы Меншиков по прибытии к цели выехал в Главную квартиру, а флот шел к Варне для блокады, но десант не высаживал до особого указания. Узнав, что русские полки вышли к Каварне, Грейг направился к этому порту и соединился с Мессером, который сообщил, что за время крейсерства его суда взяли девять призов.
Варна была сильной крепостью с гарнизоном в 12 тысяч человек. Попытки четырехтысячного отряда начать осадные работы с суши 1 июля были отражены обороняющимися. Но 21 июля эскадра Грейга доставила в Каварну десятитысячный отряд вице-адмирала A. C. Меншикова; эти войска на следующий день осадили Варну.
Получив 15 июля извещение о желании Императора побывать на флоте и затем направиться в Одессу, Грейг подготовил отряд судов и предложил принять монарха в Каварне. Но на следующий день вблизи города появились турецкие войска. Чтобы обеспечить его оборону, адмирал высадил егерский полк и батарейную роту. 21 июля прибыло повеление Грейгу возглавить осаду Варны, а Меншикову командовать сухопутными войсками.
Немедленно были высажены на берег оставшиеся войска, которые по суше двинулись к Варне. 22 июля к крепости подошел и флот. В тот же день флагман послал капитана 2-го ранга Мелихова для осмотра и снятия плана крепости. На следующий день он сам с группой генералов и адмиралов на пароходе «Метеор» прошел вдоль укреплений. Турки огня не открывали.
24 июля 1828 года вместе с группой сановников Николай I посетил «Париж» и после осмотра корабля высказал Грейгу благодарность за отличное устройство флота и покорение Анапы. Отбывая в Одессу на фрегате «Флора», Император приказал истребить флотилию под крепостью.
Утром 25 июля адмирал послал Ботьянова в Варну с предложением о сдаче. Одновременно корабли приблизились к крепости, как бы поддерживая ультиматум. Но уже через час турецкий чиновник доставил отказ коменданта, который рассчитывал на победу. И основания у капудан-паши Иззет-Магомета были. Первоклассная крепость располагала сильным гарнизоном; многочисленные войска вне крепости были готовы оказать поддержку.
Получив отказ, Грейг приступил к решительным действиям. 26 июля 22 русских гребных судна истребили 14 турецких, прикрывавших крепость с моря, что позволило русским кораблям с 26 июля по 29 сентября обстреливать крепость. Командовал операцией капитан 2-го ранга Мелихов. Были собраны по два гребных судна от каждого корабля и фрегата. К 20.00 они собрались у бригантины «Елизавета», которую поставили на полпути от флота к крепости. В 23.00 отряд отправился, был обнаружен и обстрелян. Тем не менее в ночной схватке русские моряки взяли 14 судов и 2 вооруженных баркаса, 46 пленных, лишившись всего 4 человек убитыми и 37 ранеными. За это лихое дело Император выразил Мелихову монаршую признательность и пожаловал следующим чином.
Постепенно наладилась и блокада с суши. Если двухтысячный отряд в начале кампании мог только наблюдать за крепостью, то доставленные Грейгом 10 тысяч войск обложили крепость с западной и северной сторон. Для связи с осадными войсками адмирал высадил 350 моряков, которые построили у берега редут, куда была перевезена часть провианта, пристань и телеграф. Еще 500 человек были отправлены для постройки осадных батарей под командованием капитана 2-го ранга Залесского. Одновременно начался обстрел с моря: обычно беспокоящую пальбу вел корабль или фрегат, а при необходимости стрельбу вели 2 корабля и 2–3 бомбардирских судна. В частности, 26 июля фрегат «Святой Евстафий» успешно обстрелял турецкий отряд, пытавшийся обойти левый русский фланг.
Чтобы пресечь снабжение крепости по Лиману, 3 августа по просьбе Меншикова туда был отправлен баркас, который начал боевые действия в тот же день.
Продолжалось крейсерство судов. 5 августа фрегат «Поспешный» привел два судна, взятые у стен Мидии и Инады; третье судно пришлось затопить.
7 августа после совета, состоявшегося накануне, адмирал приступил к атаке всем флотом. Корабли построили линию баталии вслед за транспортом «Редут-Кале», который проводил промеры. Один за другим корабли проходили мимо крепости, поочередно обстреливая ее. Этот маневр, названный «Варнским вальсом», продолжался с 14.00 до 17.00 и привел к разрушениям в Варне без особого ущерба для атакующих. Из-за мелководья корабли стреляли по одному с дистанции пять кабельтовых; тем не менее удалось подавить огонь приморского бастиона.
Видимо, в ответ на обстрел турки 9 августа предприняли крупную вылазку. В бою был ранен Меншиков. Грейг немедленно прибыл на берег с врачом. Николай I, узнав о ранении князя, 15 августа назначил командовать войсками под Варной графа Воронцова и просил адмирала облегчить доставку к Каварне продовольствия для войск, осаждавших Шумлу.
В августе отличился капитан 1-го ранга Н. Д. Критский. Объединив свой крейсирующий отряд, он 17 августа направился к Инаде, где неприятель сосредоточил большие запасы пороха и снарядов. Оставив в охранении шлюп «Диана», он с фрегатами «Поспешный», «Рафаил», катером и бригом обстрелял укрепления и, высадив 370 человек, лично командовал взятием крепости, лишившись всего 6 человек (1 убитый, 5 раненых). Русские успели погрузить пушки с батарей, увести 12 судов из порта, взорвать батареи и уничтожить склады ранее, чем турки прислали подкрепления. За успешное выполнение задачи Критский был награжден орденом Святого Владимира III степени.
Тогда же «Рафаил» доставил сведения, что турецкий флот готовится выйти из Босфора. Очевидно, неприятельское командование после набега на Инаду демонстрировало активность. Однако флот султана так и не появился на Черном море.
В июле-августе, пользуясь тем, что с юга проходы к крепости были, открыты, турки провели к Варне двенадцатитысячные подкрепления. Но 27 августа Царь вернулся и основал Главную квартиру на флагманском корабле, приняв командование над сухопутными и морскими силами. Ежедневно он бывал в лагере на берегу, через телескоп наблюдал с борта «Парижа» за ходом осады и был в курсе событий. 28 августа, после прибытия гвардейского корпуса (25 500 человек), осада стала более тесной, войска успешно отражали попытки деблокировать крепость изнутри и извне. 29 августа отряд генерал-адъютанта Головина занял позицию южнее крепости, окончательно замкнув кольцо блокады. Следующим утром высаженный с южной стороны Варны отряд моряков (170 человек) устроил редут и телеграф для связи флота и армии.
С моря линейные корабли и бомбардирские суда по очереди подходили и бомбардировали крепость.
1 сентября была взорвана мина под приморским бастионом. Появилась возможность для штурма. Чтобы избежать потерь, Николай I поручил Грейгу предложить капудан-паше Иззет-Магомету сдать Варну. Адмирал направил капудан-паше следующее письмо:
«Покамест крепость не была обложена со всех сторон нашими войсками, она могла надеяться получить подкрепления; теперь же все сообщения, как на суше, так и на море, прерваны; крепостные укрепления большею частию разрушены, и потому дальнейшее сопротивление послужит только к напрасному пролитию крови. Желая избегнуть этого, я предлагаю вам сдать крепость, обещая с моей стороны неприкосновенность всякой вашей и подчиненных ваших собственности. Если же парламентеры наши, которым дозволено оставаться на берегу не более двух часов, возвратятся без удовлетворительного с вашей стороны ответа, то военные действия тотчас же возобновятся».
Капудан-паша согласился направить двух чиновников на «Париж», но те не имели полномочий и лишь доставили пожелание вести переговоры. Туркам было предложено выслать представителей на корабль «Мария», стоявший в 400 саженях от крепости. Утром следующего дня Грейг прибыл на корабль, но капудан-паша, сославшись на болезнь, послал трех сановников. Старший среди них, Юсуф-паша, длинными речами старался затянуть переговоры. Очевидно, гарнизон рассчитывал на то, что крепость деблокируют.
Адмирал, прервав пустые разговоры, высказал прямое требование о сдаче и послал турок на берег за ответом, пригрозив, что после штурма не следует ждать снисхождения. Турки попросили отложить ответ до завтра. Грейг заявил, что попробует получить ответ Царя и в случае отказа сигналом возобновления боевых действий послужат две ракеты. На следующий день Иззет-Магомет сам встретился с Грейгом на борту «Марии». Адмирал уверенно вел переговоры. Он предъявил перехваченные письма, в которых капудан-паша и Юсуф-паша обращались за помощью к верховному визирю и описывали бедственное положение крепости. Капудан-паша отправился на берег, не получив дальнейшей отсрочки, которую он просил. В тот же день возобновились боевые действия.
8 сентября Николай I при рекогносцировке обнаружил пункт, с которого было удобно обстреливать крепость. Здесь моряки основали батарею из 4 24-фунтовых пушек.
