Дальше Лев Диакон свидетельствует: «…выслушав речь своего повелителя, росы с радостью согласились вступить в опасную борьбу… они… построились в мощную фалангу и выставили вперед копья… с неистовой яростью бросился Святослав на ромеев и воодушевлял в бою ряды своих».
Сражение отличалось исключительным упорством. Вышедшие на поле брани из укрепленного лагеря византийцы стали отступать под натиском плотной фаланги пеших русичей. Тогда один из лучших византийских воинов, телохранитель императора Иоанна Цимисхия Анемас, «вырвался на коне вперед… устремился на предводителя росов и, ударив его мечом по ключице, поверг вниз головой наземь, но не убил. Святослава спасла кольчужная рубаха и щит». Бившиеся вокруг князя дружинники тут же изрубили мечами Анемаса и с воодушевлением «начали теснить ромеев».
И в этом сражении Иоанн Цимисхий подтвердил славу опытного, умелого полководца. Видя, как его войско пятится к осадному лагерю, он лично сам повел в атаку полк «бессмертных» — лучшую часть византийской армии. Одновременно во фланг сражавшимся русичам несколько сильных ударов нанесла конница панцирных катафрактов. Сражавшиеся стороны несли большие потери, но кровавая сеча продолжалась.
Сражение прекратилось самым неожиданным образом. Над Доростолом нависли тяжелые тучи. Разразилась сильная гроза, шквальный ветер ударил в лицо русским воинам, а потом на сражавшихся хлынули потоки косого колющего дождя. Русские трубы протрубили сигнал отхода в крепость. Воины забросили за спины щиты и, не теряя боевого строя, стали медленно отходить к Доростолу. Византийцы не решились преследовать непобежденного противника и дали возможность пешей фаланге русичей уйти в крепость.
На другой день князь Святослав Игоревич, продемонстрировав в последний раз перед византийцами силу русского войска, начал переговоры с императором Иоанном Цимисхием. Тот с радостью принял условия противной стороны: русские «возвратятся на родину, а ромеи… не нападут на них по дороге… а кроме того снабдят их продовольствием…» Император для переговоров с князем Святославом отправил свое доверенное лицо — епископа Феофила.
Итак, военного поражения под Доростольской крепостью в прямом смысле князь-воитель Святослав не потерпел. Согласно «Повести временных лет», он в конце сражения, «видевъ же мало дружины своея, рече в себе: „Поиду в Русь, приведу боле дружины“». Это летописное свидетельство того, что киевский князь собирался вновь пойти войной на Византийскую империю.
Условия ухода русского войска с берегов Дуная были почетными. Князь Святослав соглашался сдать крепость Доростол и уйти из Болгарии на Русь. Император Иоанн Цимисхий обязывался пропустить его беспрепятственно и даже снабдить на дорогу хлебом. Ладьи у русичей были свои. После этого состоялась знаменитая в истории личная встреча двух государей-полководцев. Святослав пожелал встретиться с самим императором — вероятно, захотел в лицо увидеть своего упорнейшего и достойного противника.
Описание их встречи на дунайском берегу сохранилось в «Истории Льва Диакона». Это единственный письменный источник, из которого потомки узнали о внешности князя Святослава Игоревича и его поведении:
«Император Цимисхий в позлащенном вооружении, на коне, подъехал к берегу Дуная, сопровождаемый великим отрядом всадников, блестящий доспехами. Святослав приплыл по реке на скифской ладье и, сидя за веслом, греб наравне с прочими без всякого различия. Он был среднего роста, ни слишком высок, ни слишком мал; с густыми бровями, с голубыми глазами, с плоским носом; с бритою головою и с длинными висячими усами. Голова у него была совсем голая, только на одной ее стороне висел локон волос, означающий знатность рода; шея толстая, плечи широкие и весь стан довольно стройный. Он казался мрачным и свирепым. В одном ухе у него висела золотая серьга, украшенная карбункулом, а по обеим сторонам от него — двумя жемчужинами. Одежда на нем была простая, ничем, кроме чистоты, от прочих не отличная. Поговорив немного с императором о мире, сидя на лавке, он отправился обратно. Таким образом закончилась война греков с русскими…»
По мирному договору византийцы дали на каждого русского воина по две меры хлеба — его было выдано на 22 тысячи человек. Так что у князя Святослава оставалось в строю еще многочисленное воинство, которого не зря опасался византийский император. Он же приказал прислать в стан русичей и подарки. На это Святослав сказал дружинникам: «Возьмем их, а когда будем недовольны греками, возьмем побольше».