российские войска усилили обстрел города, начавшийся в первый день войны. Авиация, артиллерия и ракеты методично разрушали один квартал за другим, не делая различий между военными и гражданским населением, которое оказалось под постоянным обстрелом. Гражданское население страдало от нехватки продовольствия, но больше всего от холода, так как тепло и электричество пропали через несколько дней после начала осады.
Режим прекращения огня, установленный 5 марта для начала эвакуации гражданского населения, был нарушен русскими, которые продолжили обстрел города. Это стало закономерностью. Так называемые "зеленые коридоры" для эвакуации гражданского населения открывались, а затем закрывались либо до, либо во время эвакуации, затрудняя жителям выезд из города на контролируемую Украиной территорию. Между тем, российские оккупационные силы поощряли - по мнению украинской стороны, принуждали - эвакуацию от 20 000 до 30 000 жителей Мариуполя на подконтрольные России территории.
При налетах на город российские самолеты использовали неуправляемые бомбы, а артиллерийские и ракетные обстрелы были не слишком точными, даже если они были направлены на военные цели. 9 марта русские разбомбили родильный дом в Мариуполе, в результате чего погибли десятки людей. Фотографии беременных женщин, бегущих из полуразрушенного здания, вызвали шок во всем мире. Семь дней спустя, 16 марта, еще более жуткие кадры попали в мировые СМИ: в результате воздушной атаки на город был разрушен Мариупольский драматический театр, который служил убежищем для мирных жителей. Власти, испытывая нехватку времени и ресурсов, начали хоронить погибших в братских могилах.
К началу апреля тела просто оставляли лежать на улицах - у городских властей не было ни людей, ни ресурсов для сбора трупов, да и делать это было слишком опасно, поскольку бои уже давно переместились в сам город. В частях города, захваченных русской армией, для сжигания трупов использовались передвижные крематории. Виталий Любомирский, которому удалось выбраться из города 7 апреля, рассказал американскому репортеру: "Вы можете знать запах гнилого мяса, но это было глубже. Повсюду стоял запах гниющих человеческих тел и сжигаемых в крематориях трупов". По оценкам мэра Вадима Бойченко, число погибших превысило 21 000 человек.
В марте украинские военные предприняли попытку деблокировать город, но имевшаяся в их распоряжении бронетанковая группировка оказалась слишком слабой для достижения цели и была вынуждена отступить. В последнюю неделю марта украинская военная разведка начала организовывать вертолетные рейды с подконтрольной ей территории на осажденные украинские силы в Мариуполе. С конца марта до конца апреля шестнадцать вертолетов МИ-8 приняли участие в семи вылетах, которые помогли вывести семьдесят два добровольца полка "Азов", доставить вооружение и медикаменты, эвакуировать раненых. Эта дерзкая операция завершилась после потери трех вертолетов. В течение первой недели апреля, когда украинские вооруженные силы были не в состоянии обеспечить поддержку с воздуха и артиллерии, а у защитников города заканчивались боеприпасы, медикаменты и продовольствие, российским войскам удалось занять центр города и оттеснить украинские войска к портовой зоне и металлургическому комбинату "Азовсталь".
В ночь на 11 апреля полковник Баранюк повел своих пехотинцев в отчаянную попытку прорваться через российские линии, но вылазка не удалась, войска понесли большие потери, а оставшиеся в живых, включая самого Баранюка, были вынуждены сдаться. Оставшиеся морские пехотинцы оставили свои позиции на металлургическом комбинате имени Ильича, втором из крупных металлургических заводов города, и присоединились к полку "Азов" Прокопенко на Азовском металлургическом заводе. Они также были усилены национальными гвардейцами, оставшимися сотрудниками милиции и пограничниками, отступавшими из района порта. Таким образом, Азовский металлургический комплекс стал последней частью города, находящейся под контролем Украины. В подземных помещениях комплекса к украинским военным присоединились их семьи и другие гражданские лица, спасавшиеся от бомбардировок города.
В последнюю неделю апреля Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш, встретившись с Владимиром Путиным в Кремле и проведя переговоры через чрезвычайно длинный стол, призванный защитить российского лидера от микробов посетителя, сумел добиться согласия Путина на создание гуманитарного коридора для эвакуации гражданского населения из комплекса "Азов-сталь". Первая группа из двадцати человек покинула город 30 апреля. Эвакуация продолжалась всю следующую неделю в перерывах между сильными бомбардировками и атаками на завод. Она завершилась к 7 мая, когда около 500 человек смогли покинуть адские подземные камеры комплекса.
Когда мирные жители бежали, оставшиеся украинские войска продолжали сражаться, хотя было ясно, что их дни сочтены. Президент Зеленский не раз публично заявлял, что делает все возможное для их спасения. Президент Турции Реджеп Тайип Эрдоган, очевидно, предложил эвакуировать украинских защитников в свою страну и держать их в интернате до конца войны. Аналогичное предложение поступило из Швейцарии. 11 мая двадцатисемилетняя Катерина Прокопенко, жена командира полка "Азов" Дениса Прокопенко, и жена другого защитника Азова Стали встретились с Папой Римским Франциском, чтобы попросить его напрямую вмешаться в отношения с Путиным от имени их мужей. Катерина была непреклонна, что "российский плен - это не вариант". Они имели в виду "извлечение", о котором говорили Владимир Зеленский и другие европейские лидеры.
Владимир Путин отклонил все предложения, сделанные посредниками. Украинскому правительству не оставалось ничего другого, как вести переговоры с Россией о соглашении, согласно которому защитники "Азовской стали" сдадутся российским войскам при условии их последующего обмена на российских военнопленных, находящихся в украинском плену. Зеленский объявил, что он ведет переговоры с Францией, Турцией, Израилем, Швейцарией и Организацией Объединенных Наций в попытке посредничества. Он также сообщил, что начал эти переговоры после того, как его призыв к западным партнерам предоставить оружие для украинского прорыва к Мариуполю остался без ответа.
16 мая первые пятьдесят три раненых защитника Азовской стали сдались в плен и были вывезены на удерживаемую Россией территорию. Сдача была санкционирована украинским Генеральным штабом, который опубликовал заявление, восхваляющее героизм офицеров и солдат, которым предстояло стать военнопленными. "Защитники Мариуполя - герои нашего времени. Они навсегда останутся в истории", - говорится в заявлении. Их заслуга в том, что они связали российские войска и предотвратили "реализацию [российского] плана быстрого захвата Запорожья".
20 мая российские военные власти объявили о капитуляции последней группы украинских защитников Азовской Стали, общее число военнопленных было указано как 2 439 офицеров. В заявлении, в котором, по мнению наблюдателей того времени, было завышено число пленных украинских солдат, офицеры и бойцы батальона "Азов" были названы "нацистами", что поставило вопрос о том, выполнит ли Россия свою часть сделки и позволит ли обменять подполковника Прокопенко и его товарищей на российских военнопленных. Спикер российского парламента сделал заявление, что депутаты рассмотрят вопрос о принятии закона, запрещающего обмен членов полка "Азов".
В последний день обороны Азовской Стали, 20 мая, пресс-офицер полка "Азов" Дмитрий Козацкий, который
