Одновременно грузинская сторона в 14.00 начала артподготовку перед повторной попыткой штурма города. Российская колонна еще на подступах к городу попала под обстрел, потеряла подбитой одну БМП и три грузовика ГАЗ-66 минометной батареи, но продолжила движение. На подходе к Цхинвалу, в районе села Тбет, колонна обнаружила два брошенных на дороге еще 8 августа грузинских танка, № 110 и № 125 и подорвала их. Около 15.00 она вошла в город с западной стороны. Одновременно с южной стороны, от села Никози, в город начали заходить грузинские части в составе 21-го и 41-го легких пехотных батальонов, отдельного легкого пехотного батальона, части танкового батальона 2-й пехотной бригады и прочих армейских подразделений.
На окраине города российская колонна столкнулась с разведывательной ротой 2-й грузинской бригады. Встреча стала неожиданностью как для российских, так и для грузинских войск, в последовавшем скоротечном бою на предельно близких дистанциях потери понесли обе стороны. В том числе был ранен командующий 58-й армией генерал Хрулев и несколько российских журналистов, ехавших вместе с ним. Грузинское подразделение, понеся потери, вышло из боя, а российская колонна продолжила движение по городу к Верхнему лагерю миротворцев.
В это время наступающие грузинские войска начали его новый штурм. Танки, подойдя на близкую дистанцию, начали расстреливать полуразрушенное здание казармы, в подвалах которого укрывалась основная часть личного состава миротворческого батальона. В здании возник пожар, подвалы оказались задымлены, что сильно осложнило положение российских войск в лагере.
В районе поселка Шанхай, уже на окраине города, всего в 400 метрах от лагеря миротворцев около 15.30 головная часть колонны 1-го батальона 135-го мотострелкового полка столкнулась с основными грузинскими силами, включающими танки, и сразу же потеряла четыре БМП подбитыми. Примерно четверть колонны сумела отступить из города, а остальная часть оказалась заблокированной в нем, была вынуждена занять круговую оборону и вести бой в окружении. Роты оказались раздроблены на взводы, ведшие бой по отдельности, под руководством младших командиров. Большую часть техники батальона удалось сохранить, отведя ее с улиц во дворы домов.
Около 15 часов дня недалеко от Джавы, в районе Гуфтинского моста, «дружественным огнем» российской зенитной самоходной установки ЗСУ-23-4 «Шилка», прикрывавшей Гуфтинский мост, был сбит штурмовик Су-25 из состава 368-го штурмового авиационного полка. Самолет упал недалеко от моста, у осетинского поселка Итрапис. Летчик майор Владимир Едаменко погиб.
На помощь блокированной колонне 1-го батальона 135-го мотострелкового полка в 15.30 начали выдвигаться подразделения российского армейского спецназа и рота чеченского батальона «Восток». Российская артиллерийская группировка и минометная батарея 1-го мотострелкового батальона 135-го мотострелкового полка открыли интенсивный огонь по грузинским войскам, российская штурмовая авиация была перенацелена на удары по грузинским войскам в окрестностях города.
В последовавшей дуэли артиллерийских группировок сторон российские артиллеристы понесли потери. Расположившиеся на удобном, но хорошо просматриваемом с грузинской стороны участке Зарской дороги у поселка Галуанта, они подверглись обстрелу. От осколочного ранения погиб командир самоходного орудия 2С3 «Акация» 693-го мотострелкового полка майор Тарасов, были разбиты скученные на дороге семь грузовиков одной из минометных батарей этого полка. При обстреле минометной батареи 135-го мотострелкового полка погибли сержанты Белоусов и Горьковой, еще несколько бойцов получили ранения. Тем не менее продолжающийся интенсивный огонь российской артиллерии с Зарской дороги, поддержанный огнем гаубиц и установок залпового огня с тыловых позиций у Джавы, сковал и подавил грузинскую группировку. Развернутые к этому времени артиллерийские корректировщики во взаимодействии с разведчиками, прорвавшимися в южный лагерь миротворцев ночью, обеспечили повышение эффективности российского артогня.
Не выдержав потерь от артобстрела и контактного городского боя с осетинскими силами, российским батальоном и спецназом, потеряв нескольких командиров, включая погибшего командира 41-го легкого пехотного батальона, грузинская группировка к 17.00 начала отходить из города и к 19.00 в основном очистила его. К 19.00 из взятого всего несколько часов назад Знаура отступил, поддавшись панике, и 43-й легкий пехотный батальон.
После отхода грузинской группировки российские силы в южном лагере миротворцев оказались разблокированы. Около 19.00 2-й миротворческий батальон 135-го мотострелкового полка отступил, разделившись на несколько групп. С ними вышли и приданные ему группы спецназа, оставшийся без боеприпасов танк 141-го отдельного танкового батальона, экипаж второго подорванного ранее танка и разведывательная рота 135-го мотострелкового полка, ранее прорвавшиеся на помощь к миротворцам. Находившиеся в лагере за время конфликта российские военнослужащие в общей сложности потеряли 14 человек убитыми, в основном во время танкового обстрела утром 8 августа.
К 19.00 грузинская группировка, вошедшая на территорию Южной Осетии со стороны Переви, на отдаленной западной границе республики, и остановленная за селом Синагури, подверглась удару, по крайней мере, одной оперативно-тактической ракеты «Точка-У» в кассетном снаряжении. После этого грузинские военнослужащие отступили обратно на территорию Грузии и больше до конца конфликта не предпринимали попыток атаки.
К 20.00 на Зарской дороге развернулись и открыли огонь по грузинским войскам 152-мм самоходные орудия 2С3 «Акация» 503-го мотострелкового полка. Около 21.00 грузинской артиллерии удалось нащупать реактивный дивизион 292-го смешанного артиллерийского полка 19-й мотострелковой дивизии, который с 8 августа вел огонь с позиции в нескольких километрах от Джавы. В результате грузинского обстрела был ранен один российский солдат. Дивизиону пришлось срочно менять позицию. Раненый рядовой стал единственной боевой потерей этого полка в войне.
К ночи из Цхинвала был выведен дезорганизованный и понесший потери 1-й батальон 135-го мотострелкового полка, пытавшийся днем прорваться на помощь к миротворцам. В результате дневного обстрела на Зарской дороге и последующих городских боев он потерял до 15 человек убитыми и несколько десятков ранеными. Город оказался оставлен как грузинскими, так и российскими войсками и в течение вечера и ночи находился лишь под контролем местных ополченцев. В городе и на его окраинах действовали только мелкие группы российских спецподразделений и около полутора рот 693-го мотострелкового полка, спешно переброшенных к нему после начала городского боя. К востоку от Цхинвала батальоны грузинской 3-й пехотной бригады снова отступили сначала к Эредви, а затем были и полностью выведены вглубь территории Грузии, к Тквиави.
К исходу дня 9 августа грузинские войска снова потеряли почти все свои позиции в Южной Осетии, занятые утром и днем. Более того, они начали оттягиваться назад от границы с Южной Осетией. Сохраняла позиции в осетинском селе Хетагурово и на подступах к селу Тбет лишь часть сил 2-й пехотной бригады. Полностью оголив абхазское направление, бросив в бой практически все свои сухопутные силы, грузинскому командованию не удалось добиться военного успеха и нанести существенные потери российским войскам. Грузинские же войска понесли потери и были измотаны. В связи с этим Грузия обратилась к США с просьбой об экстренной переброске на родину грузинского двухтысячного контингента 1-й пехотной бригады из Ирака.
За 9 августа российские ВВС выполнили 28 боевых вылетов для поддержки миротворцев. Снижение количества вылетов по сравнению с предыдущим днем стало следствием потерь, понесенных российской авиацией в первой половине дня.
Абхазия
Около полуночи российские войска из района Очамчиры в Абхазии произвели пуск двух оперативно-тактических ракет «Точка-У» по главной военно-морской базе Грузии в порту Поти (российский дивизион комплексов «Точка-У» скрытно находился в Очамчире с осени 2007 г.). В результате накрытия территории Потийской военно-морской базы и соседствующего с ней гражданского контейнерного терминала кассетными боевыми частями ракет были убиты пятеро и ранены свыше тридцати грузинских военных моряков и примерно столько же гражданских работников порта. Инфраструктура порта получила минимальные повреждения, но его работа была дезорганизована. Грузинские военные корабли, имеющие в наличии команды и технически готовые быстро выйти в море, стали готовиться к экстренному переходу в порт Батуми.
Одновременно с ударом по Поти в 0.17 авиационной бомбардировке подверглась и военная база 2-й пехотной бригады в Сенаки, которая была пунктом сбора резервистов из Западной Грузии. На момент бомбардировки там находилось свыше тысячи резервистов. Семеро из них погибли, несколько десятков получили ранения. В результате бомбардировки был прекращен сбор резервистов на базе, а уже собравшиеся были распущены по домам. Бомбы упали и в районе железнодорожной станции в самом городе, повредив несколько зданий и железнодорожные пути и вызвав жертвы среди мирных жителей.
