С рассветом 4 августа славяне попытались, наконец, вырваться в открытое море. Однако дозорные корабли оказались бдительны. Ромеи атаковали хрупкие славянские челны. Многие славяне потонули или были убиты ромейскими моряками. Каган вынужден был отказаться от идеи перевозки персов.

Теперь, полагаясь лишь на собственные силы, он готовился к решающему штурму. Вновь строились и ремонтировались осадные машины. Ладьи опять расположили на Варбисе. Каган задумал прикрыть приступ с суши морским сражением. По его замыслу, когда авары взойдут на стены, то на укреплении Птерон, прикрывавшем северо-западный район столицы, Влахерны со знаменитым храмом Богородицы, разожгут сигнальный огонь. Увидев его, славяне всей массой, с громким боевым кличем, должны двинуться на свет сигнала к городу. Появление огромной флотилии, по мысли авар, должно довершить панику горожан и позволить штурмующим ворваться со стен в город. Понесших потери славян на челнах каган укрепил «другими свирепыми племенами», «разноплеменными народами» — в первую очередь «огромным множеством» тяжеловооруженных болгар.

Утром 7 августа, с громогласных боевых кличей, начался штурм. Однако с самого начала планы кагана пошли прахом. Многие из подготовленных осадных машин сломались или были сожжены на самых подступах к стене. Воины кагана гибли и в них, и на самих стенах. У их подножий к концу боя лежали груды трупов. «Столько повсюду погибло неприятелей, — говорит о сражении на суше Феодор Синкелл, — что варвары не смогли даже собрать и предать огню павших».

Бонос прознал через предателей или лазутчиков обо всем плане кагана устрашить осажденных нападением с моря. Чтобы покончить с этой угрозой, он задумал предупредить врага. По приказу магистра большие боевые суда — диеры (с двумя рядами весел) и триеры (с тремя) скрытно подошли к Птерону. Другая группа диер встала на северном берегу Золотого Рога, чтобы ударить по славянам с тыла. Затем, когда стало ясно, что аварская атака с суши захлебывается, Бонос приказал отряду армян, защищавшему Птерон, зажечь сигнальный огонь вне стен, на портике храма Святого Николая. Там они должны были остаться на случай высадки неприятеля.

Увидев сигнал, славяне немедленно вышли в залив и устремились к Влахернам. Готовясь к нападению, «варвары» связали по нескольку челнов между собой, что добавило им устойчивости. Использовали они и плоты. Слаженный выход славянского флота в Золотой Рог в первый момент действительно потряс ромеев, хоть те и были к нему готовы. Теперь в бой шли действительно все пришедшие с Дуная ладьи. Боевой клич славян глушил корабельщиков. Казалось, что заполненный связанными ладьями и плотами, битком набитый людской массой залив стал сушей. Расчеты Боноса едва не провалились. «Первый же натиск» славян заставил строй ромейских кораблей дрогнуть. Моряки готовы были «поворотить корму и открыть врагам легкий доступ». Славянские ладьи прорвались к берегу против храма Богородицы, тогда не прикрытого стеной.

В этот момент море внезапно взволновалось — не во вред тяжелым ромейским судам, но достаточно для не слишком прочных славянских конструкций. Ладьи стали переворачиваться, воины в них — тонуть. Увидев это, ромеи собрались с духом, окружили врага и атаковали. «Думаю, что одна лишь Родившая без зачатия,// — повествует Георгий Писида, — натягивала луки и ударяла в щиты// и, незримо вступив в бой// стреляла, ранила, раздавала ответные удары мечом,// опрокидывала и топила челны// делая прибежищем для всех морскую пучину». Славян и их союзников охватила паника.