Без связи, не зная, что делается вокруг в радиусе десяти — пятнадцати километров, дивизия 1 и 2 сентября ожидала сведений о том, что происходит под Старой Бухарой.
А события там развивались не так быстро, как это планировало командование. Эмиру Сеид-Алим-хану удалось стянуть к городу войска, которые по численности во много раз превосходили наступавшие на Старую Бухару красноармейские части. Войска эмира укрепились на заранее подготовленных рубежах. Глинобитные стены Старой Бухары достигали толщины пяти метров и высоты десяти метров, имели около 130 крепостных башен и 11 ворот, восемь из которых были весьма прочными. Войска Сеид-Алим-хана, поддерживаемые артиллерией, сохраняли возможность широкого и скрытного маневра. Снаряды нашей артиллерии увязали в толще стен не разрываясь, поэтому артиллерийский огонь мы направляли главным образом на ворота.
Каганская группировка наших войск рассчитывала отбросить противника фронтальным наступлением и, разбив его в уличных боях, занять Старую Бухару. Главным недостатком этого плана было то, что противник сохранял возможность отхода на север. Однако из-за крайней малочисленности наших войск командующий группой не мог применять обходы и охваты. Главные силы группировки должны были ворваться в город с запада через разрушенные артиллерийским огнем КараКульские ворота. Вспомогательные удары наносились через Каршинские и Самаркандские ворота.
Части каганской группировки начали наступление на рассвете 29 августа от станции Каган. Атака была проведена быстро и решительно.
Сарбазы эмира, снабженные английским оружием, дрались с редким упорством. Пушки Гочкиса и афганская скорострельная батарея задерживали наши броневики. Артиллерии у нас было мало, и к тому же она имела другие задачи. Одна из них сводилась к тому, чтобы рассеять кавалерию эмира, готовившуюся нанести фланговый удар по нашим атакующим войскам. С этим наша артиллерия справилась успешно. И лишь бронепоезд со станции Каган поддерживал огнем наши броневики и пехоту. Значительную помощь наступающим частям оказала авиация. Несколько аэропланов, взлетая с площадок, расположенных в непосредственной близости от поля боя, на бреющем полете расстреливали противника из пулеметов. Правда, потери противника от их огня были незначительны, но частое появление аэропланов над полем боя оказывало на сарбазов огромное моральное воздействие.
К вечеру 29 августа атакующие части находились в четырех — пяти километрах от городских стен и овладели полосой арыков. Противник отошел в район кладбищ и пригородных кишлаков. 1-й Восточный мусульманский стрелковый полк ворвался в пригородные сады, но контратакой противника был оттуда выбит.
30 августа наступление возобновилось. В бой были введены резервы.
М. В. Фрунзе, лично следивший за ходом операций, заблаговременно направил под Бухару части 1-й армии. Но еще до подхода этих частей он приказал Чарджуйской группе начать 30 августа наступление на Бухару с запада, чтобы заставить противника выделить заслон и этим ослабить свою оборону на направлении главного удара.
31 августа бой начался под стенами Бухары. К вечеру сюда подошли части 1-й армии. Артиллерия заняла позиции, чтобы прямой наводкой бить по Самаркандским и Каршинским воротам.
Все части, принимавшие участие в атаке города, М. В. Фрунзе подчинил командующему 1-й армией Г. В. Зиновьеву. В приказе, продиктованном по прямому проводу, говорилось:
«Товарищи красноармейцы! Ваши геройские усилия уже дали свои результаты: почти вся Северная Бухара занята нами и красными бухарскими отрядами. Только в стенах Бухары держится эмир с самыми яростными врагами трудового народа.
Выражая именем республики признательность за вашу героическую борьбу под стенами Бухары, я уверен, что не сегодня-завтра этот последний оплот бухарского черносотенства будет разрушен».
В ночь на 1 сентября была произведена перегруппировка войск. По новому плану главный удар наносился не с запада, а с востока через Каршинские и Самаркандские ворота силами трех пехотных и трех кавалерийских полков, а также трех легких и двух тяжелых батарей и 53-го бронеотряда при поддержке 28-го бронепоезда. Вспомогательный удар наносила колонна в составе стрелкового и кавалерийского полков, сводной роты курсантов и двух орудий через Кара-Кульские ворота.
