Турецкие войска хорошо подготовили к длительной обороне. На его складах хранилось 15 млн патронов и 300 пудов пороха. Продовольствия и фуража имелось на несколько месяцев осады. Гарнизон насчитывал 25 тысяч человек и имел на вооружении более 300 орудий разного калибра. Западные военные специалисты считали Карс неприступным. По записям французского генерала де Курси, находившегося при Кавказской армии, есть докладная командующему: «Я видел карские форты, и одно, что я могу посоветовать, это не штурмовать их: на это нет никаких человеческих сил»!

      К 8 часам утра морозного 6 ноября 1877 года Карская крепость фактически пала, хотя местами схватки шли еще два часа: сражение за нее закончилось полной победой русского оружия. Кавказская армия взяла в плен из 18,5-тысячного гарнизона 9 тысяч турецких солдат и офицеров (в том числе 5 пашей), убитых, раненых и больных (в госпиталях) оказалось свыше 5 тысяч человек. Остальная часть султанских войск рассеялась по окрестным селениям. Трофеями победителей стала вся многочисленная артиллерия Карской крепости.

      Потери победителей убитыми составили: один генерал (граф М.П. Граббе), 17 офицеров и 470 нижних чинов. Раненых и контуженых насчитали: один генерал, 58 офицеров и 1726 нижних чинов. 8 ноября состоялся парад победителей. Он прошел для кавказских войск на равнине между фортами Каинлы и Хафис.

      По Сан-Стефанскому мирному договору 1878 года Карс отошел к России. В 1878–1917 годах Карс являлся центром Карсской области Российской империи. Тем самым русские войска открыли дорогу на Эрзерум – главный оплот Турецкой империи на Кавказе. Окрестности города активно заселяли молокане, русские переселенцы.

      В начале ХIХ века в Карсе насчитывалось 850 домов, из них 600 принадлежало армянским семьям (71 %). По переписи Российской империи конца ХIХ века (1897 года) население города составляло 20.805 человек. Из них 10.305 (почти 50 %) – армяне, около 27 % – русские, 5 % – поляки, 3,5 % – греки и другие и только 3,7 % – турки.

      За время нахождения в составе России экономическое развитие Карсской области заметно улучшилось. Сами турки отмечали, что царское правительство собирало с населения меньше налогов, чем османское, уважительно относилось к религии и обычаям местного населения. Царское правительство не призывало мусульман уезжать из Карсской области, но в то же время не препятствовало эмиграции. С 1879 по 1882 годы более 140 тысяч человек (4/5 всех мусульман) из Карсской и Батумской областей уехали в Османскую империю. Однако половина из них вернулась назад в свои дома, так как переживавшая экономический кризис Османская империя не могла выполнить свои обещания перед иммигрантами. Таким образом, накануне Первой мировой войны в 1914 года мусульмане составляли практически половину населения Карсской области и 90 % – Батумской. В отличие от Крыма и Северного Кавказа царской администрации не удалось успешно заселить Карсскую область крестьянами из России. К 1914 г. всего 5 % постоянных жителей (не считая войска и официальных лиц) в Карсской области