На 8 август 1877 г. генерал-майор Николай Столетов изпраща тревожна телеграма до генерал-лейтенант Фьодор Радецки: целият корпус на Сюлейман паша се развръща на осем версти от Шипка, силите са грамадни, защитниците ще се бранят до крайност, но подкрепленията са крайно необходими. Срещу 27 000 турски войници с 48 оръдия застават едва 7500 руски воини и български опълченци с 27 оръдия.

След боевете при Стара Загора Централната османска армия се насочва на север, за да премине Стара планина, да пробие блокадата при Плевен и да се съедини с другите османски армии. На 7 август е открито съсредоточаването ѝ при Казанлък, а на следващия ден Столетов алармира Радецки. Подкрепленията тръгват с ускорен марш, но пътят им отнема три дни.

На 9 август започва битката. Османските колони атакуват връх Малък Бедек, Свети Никола и Орлово гнездо. Въпреки численото превъзходство, атаките са отбити. Защитниците, останали без патрони, хвърлят камъни и дървета по настъпващите. Генерал Радецки по-късно отбелязва доблестта на Българското опълчение, което отблъсква атаките с камъни.

На 11 август османците подновяват атаките и положението става критично – пада връх Кючук Йешилтепе. Решителната намеса на командири като полковник Липински и доктор Константин Везенков, който повежда контраатака с ранените, спасява защитата. Пристигането на XVI стрелкови батальон и II стрелкова бригада стабилизира фронта. Сюлейман паша признава, че не е виждал такова кърваво сражение, а Столетов заявява, че българите няма да се уплашат дори ако бъдат изразходвани до последния човек.

През следващите дни командването поема генерал Радецки. На 12 август е ранен генерал Драгомиров. В боевете се включват около 1000 цивилни габровци, които под обстрел разнасят вода и изнасят ранените. До 14 август силите са изтощени и бойните действия преминават в отбрана. Шестдневната епопея завършва: османските загуби са 223 офицера и 6527 войника, а руско-българските – 108 офицера и 3348 войника.