Rusia no tenía más tropas que atacaran Pleven, así que la sitiaron, pidiendo a los rumanos que apoyaran con tropas, pese a haber rechazado previamente la colaboración de los territorios balcánicos. Poco después, las fuerzas rumanas cruzaron el Danubio y se unieron al sitio. El 16 de agosto, en Gorni-Studen, los ejércitos alrededor de Pleven (renombrados como los Ejércitos del Oeste) quedaron a las órdenes del príncipe rumano Carlos I, asesorado por el general ruso Pável Dmítrievich Zótov y el general rumano Alexandru Cernat. Los rumanos lucharon valientemente para conquistar los reductos de Grivitza alrededor de Pleven, y lo mantuvieron en su poder hasta el final del asedio. El sitio de Pleven duró de julio a diciembre de 1877, cuando concluyó después de que los Ejércitos del Oeste cortaran todas las rutas de suministro hacia la fortaleza. En agosto y septiembre los sitiadores vencieron a las unidades otomanas que trataron de socorrer a los cercados. A fines de noviembre, las fuerzas otomanas intentaron romper con el sitio en dirección de Opanets, en el sector defendido por las tropas rumanas. El intento falló y el 28 de noviembre, el herido comandante Osmán Bajá fue capturado. Entregó su espada al coronel rumano Mihail Christodulo Cerchez. El 10 de diciembre la plaza por fin capituló, por hambre.