Taraflar Muharebenin üçüncü günü olan 26 Kasım'da nihaî çarpışmaya hazırlanırken, Safevî ordusunun bölgeye yaklaşan Adil Giray komutasındaki Kırım ordusunun üzerine yürümesi üzerine, Şamahı'yı savunan Osmanlı birliğinin komutanı Özdemiroğlu Osman PaşaDemirkapı'ya çekildi.
Bununla birlikte, Safevîler karşı taarruzu şiddetlenerek devam etti. Üç meydan savaşında büyük yenilgilere uğrayan İranlılar bu defa (Veliaht Prens) Hamza Mirza ve Başvezir Selman Han komutasındaki 80.000 kişilik asıl İran ordusunu Şemahı üzerine gönderdi.
Muharebe
Kırım ordusu Aras Han'ın yenilgisinin ardından dağılan Safevî ordusunu Salyan kentine kadar takip ederek her yeri yağmaladı. Bu esnada ise, Safevî ordusu da Kura Nehri'ni geçerek Şamahı üzerine yürüdü. İranlıların ilerleyişini öğrenen Özdemiroğlu Osman Paşa kalesi ve istihkâmı bulunmayan Şamahı'da savunma amacıyla şehrin etrafına hendekler kazdırdı ve sokakların başlarını mevziler yaptırarak her bir köşeye sancakbeyleri komutasında toplar ve tüfekli askerlerden oluşan birlikler yerleştirdi. Eşzamanlı olarak, Salyan'da akında bulunan Adil Giray'a süratle Şamahı'nın yardımına yetişmesi için haber gönderdi.
24 Kasım günü Safevî ordusu şehrin kuzeyindeki Gülistan tabyası tarafından taarruza girişti ve muharebeler başladı. Aynı gün taarruzlar şehrin dört yanına yayıldı. Safevîler 5.000 civarında piyade öne sürerek şehrin etrafına kazılmış hendekleri doldurdu. Bunınla birlikte, Safevî ordusu kaydadeğer kayıplar vererek sadece şehrin dış mahallelerine girebildi.
Safevî ordusu 25 Kasım'da taarruzunun şiddetini artırarak şehrin merkezini hedef aldı. Özdemiroğlu Osman Paşa'nın 25-26 Kasım gecesi Adil Giray'a gönderdiği ikinci mektup
mektup Safevîlerin eline geçti.
Bunun üzerine Safeviler iki ateş arasında kalmamak için Şamahı'ya dönmekte olduğu anlaşılan Kırım askerlerinin üzerine yürümeyi kararlaştırdılar. 26 Kasım günü Şamahı'nın önünde ablukayı sürdürmek için küçük bir birlik bırakan Safevî ordusu tüm gücüyle Kırım ordusunün üzerine gidince, şehirdeki Osmanlı kuvvetleri rahatladı. Bununla birlikte, Safevîlerin geri gelmelerinin kuvvetle muhtemel olmasından yola çıkarak, kalesi ya da doğal bir tahkimatı bulunmayan Şamahı'nın tahlkiye edilerek kuzeydoğuda Hazar kıyısında daha müstahkem olan Demirkapı'ya (Derbend) çekilinmesi fikri ağırlık kazandı.
Muharebe sonrası
Kırım ordusunun yenildiği ve Adil Giray'ın İranlılarca esir edildiği haberinin alınması üzerine, Özdemiroğlu Osman Paşa tahliye işlemini hızlandırdı. 27 Kasım günü Demirkapı'ya doğru harekete geçen Osmanlı birliğinden önce Özdemiroğlu Osman Paşa 30 Kasım'da, ordu ağırlıklarını ve hazineyi taşıyan bulunan Dal Mehmed Çelebi 6 Aralık'ta, ordunun tamamı ise (Şabran'da tipiye tutulduktan sonra) 9 Aralık'ta Demirkapı’ya ulaştı.
Demirkapı'daki erzak ve zahire kıtlığı nedeniyle, Osmanlı askerlerinin bir bölümü Tabesaran ve Kaytak ülkelerinde kışladı. Özdemiroğlu Osman Paşa ise İran ordusunun üzerine gelme ihtimaline binaen, Demirkapı surlarını onarttığı gibi, yeni bir sur daha yaptırdı.
Safevî ordusu ise Kırım ordusunu yendikten sonra yeniden Şamahı üzerine yürüdüyse de, bu defa Van Beylerbeyi Hüsrev Paşa’nın İran topraklarına girerek Tebriz'e ilerlemesi üzerine, İran Şahı tarafından Tebriz'e çağrıldı. Bunun sonucunda, SafevîlerŞirvan'ı tahliye ederken, Demirkapı'daki Osmanlı birliğinin üzerindeki İran baskısı kalktı.