По рассказу Льва Диакона, русы «вышли из города и построились на равнине, защищенные кольчугами и доходившими до самых ног щитами. Вышли из лагеря и ромеи, также надежно прикрытые доспехами. Обе стороны храбро сражались, попеременно тесня друг друга, и было неясно, кто победит». После гибели воеводы Сфенкела, «доблестного, огромного ростом мужа», русы отступили в город. Скилица уточняет, что атака Святослава началась вечером, и бой продолжался всю ночь, охватив всю равнину. Русы отступили, лишь опасаясь, что их отрежут от города, который князь тут же благоразумно укрепил рвом. Но оборона была ему невыгодна, поскольку, не ожидая нарушения императором мира и не представляя реальную силу армии ромеев, русы не запаслись продовольствием, чтобы выдержать осаду.

Лев предпочел не упоминать об удачной вылазке Святослава с двумя тысячами воинов за продовольствием: об этом написал только Скилица, насильно усадив наших предков в «челны-однодеревки». Ночью, в «сильный дождь» и «страшный град», русы вышли в Дунай от Доростола и смогли собрать «зернового хлеба, пшена и прочих жизненных припасов». На обратном пути они истребили «многих обозных слуг, которые поили и пасли лошадей либо пришли за дровами. Сойдя со своих судов и пройдя бесшумно через лес, [русы] неожиданно напали на них, многих перебили, а прочих принудили рассеяться по соседним зарослям. Усевшись снова в ладьи, они с попутным ветром понеслись к Доростолу. Великий гнев охватил императора, когда он узнал об этом, и он сурово обвинял начальников флота за то, что они не знали об отплытии варваров из Доростола; он угрожал им даже смертью, если нечто подобное повторится еще раз, и после того оба берега реки тщательно охранялись. Целых шестьдесят пять дней вел император осаду, и так как ежедневно происходившие стычки были бесплодны, он решил попытаться взять город блокадой и голодом. Ввиду этого он велел перекопать рвами все дороги, везде была поставлена стража, и никто не мог в поисках продовольствия выйти из города».

Блокировав Доростол на дальних подступах, император не смог предотвратить вылазок гарнизона. Русы атаковали большие катапульты, которыми командовал магистр Иоанн Куркуас. У него, откровенно пишет Лев о нравах командования ромеев, после завтрака «сильно болела голова и… его клонило ко сну от вина». Поскакав со свитой в атаку, он упал с коня. «Скифы увидели великолепное вооружение, прекрасно отделанные бляхи на конской сбруе и другие украшения — они были покрыты немалым слоем золота — и подумали, что это сам император… они зверским образом изрубили его вместе с доспехами своими мечами и секирами, насадили голову на копье, водрузили ее на башне и стали потешаться над ромеями». Бляхи, лишь покрытые золотом (золотая или золоченая бронзовая фольга, залитая свинцом), стали в X веке модным украшением конской сбруи на Руси. По хронике Скилицы, русы не смогли пробиться до осадных машин.

Но на следующий день, пишет Лев Диакон, дружинники вышли из города «и построились к бою на открытом месте. Ромеи также выстроились в глубокую фалангу и двинулись им навстречу». Исход боя решила схватка между отрядом русского воеводы Икмора и кавалерией телохранителей императора, один из которых «настиг его и ударил [мечом] в шею — голова скифа, отрубленная вместе с правой рукой, скатилась на землю», что говорит нам об отсутствии на Икморе шлема с бармицей и брони. «Скифы не выдержали натиска противника. Сильно удрученные гибелью своего предводителя, они забросили щиты за спины и стали отступать к городу». «Если бы не наступление ночи, — добавил Скилица, — то и сам Свендослав не избежал бы плена. Спасшись от опасности и находясь за стенами, [скифы] подняли великий плач из-за смерти Икмора.