Между тем на военном совете, который держал Фермор, было решено двинуться в Бранденбург и привести в исполнение указ императрицы о занятии легкими войсками Берлина. 12 сентября армия находилась при Королате, по сю сторону Одера, а корпус графа Чернышева и генерал-майор Тотлебен с частью легких войск по ту сторону Одера, при Бейтене. 15 числа армия переправилась за Одер. Тотлебен с легкими войсками шел впереди, за ним в недальнем расстоянии Чернышев. 22 числа главная армия была в Губене; того же самого числа в 10 часов утра Тотлебен явился под Берлином с гусарами и козаками и занял все три дороги от Котбуса, Кепеника и Бранденбургских ворот. Из последних выехали прусские гусары, но почти все были перебиты или взяты в плен. Устроив между Котбусскими и Бранденбургскими воротами батарею, Тотлебен послал требовать сдачи города и, получив отказ, велел с означенной батареи стрелять по королевскому замку и литейному двору; хотя эта стрельба и производила в городе пожары, но они немедленно были потушаемы жителями, и к ночи русские перенесли свои батареи и поставили у Бранденбургских ворот. Дезертиры говорили, будто в городе только три батальона пехоты и небольшое число конницы, да и то все набрано из русских, саксонских и французских военнопленных, которые готовы сейчас же положить оружие. На основании этих известий Тотлебен решился ночью взять силою Бранденбургские и Котбусские ворота. В 10 часов ночи началось опять бомбардирование, в самую полночь гренадеры пошли на штурм ворот, но были отбиты, а в три часа пополуночи прекратилось и бомбардирование за недостатком зарядов.
После этого к Берлину, подошел на помощь принц Фридрих Виртембергский и генерал Гильзен (Hьlsen), а к Тотлебену – русские генералы Чернышев и Панин и австрийский граф Леси. Начались ежечасные сшибки, а 29 сентября Чернышев назначил на рассвете напасть вдруг на весь неприятельский корпус, тогда как Тотлебен должен был сделать приступ к городу. Но Гильзен не дождался нападения и ночью с 28 на 29 число, пользуясь темнотою, вобрался в близлежащий лес и скрылся. Узнавши об этом на рассвете, Чернышев отправил немедленно требовать сдачи города, но его посланный встретился на дороге с офицером, посланным от Тотлебена объявить, что город сдается и он, Тотлебен, занимается составлением условий сдачи. Условия состояли в том, что все военные, находившиеся в Берлине, получили свободный выход со всем имуществом; королевский замок и другие публичные здания остались нетронутыми. Берлин должен был заплатить полтора миллиона талеров контрибуции и 200000 талеров на войско. Два дня (29 и 30 числа) победители занимались сбором контрибуции, забранием королевской казны и очисткою арсеналов и магазинов; чего забрать было нельзя, то все было истреблено; все пороховые мельницы около Берлина, литейные пушечные дворы, потсдамские и близ Шпандау находившиеся ружейные и шпажные заводы были разорены до основания.
Когда известие о занятии Берлина было получено в Петербурге, то 11 октября приехали к канцлеру все иностранные министры, кроме английского, с поздравлениями; они распространялись о том, как славно это событие для царствования Елисаветы, для ее министерства и армии, причем особенно послы австрийский и французский и саксонский советник посольства Прассе предлагали, как необходимо для чести русского оружия и общей пользы, чтоб Берлин был удержан; они говорили, что сверх находящихся уже в городе укреплений можно в скором времени укрепить его еще больше и привести в такое состояние, что будет совершенно безопасно в нем остаться; что, вероятно, там найдены достаточные магазины провианта и фуража, притом окрестности Берлина никакими войсками до сих пор не были посещены, и потому можно надеяться, что в фураже и хлебе недостатка не будет; что русская армия, владея Берлином, может занять зимние квартиры в Бранденбургии и Новой Мархии, имея для помощи себе всю Саксонию, из которой неприятель совсем уже изгнан, а если б, паче чаяния, нельзя было всей армии там остаться, то хотя бы отпущен был русский корпус от 20 до 25000 человек для соединения с австрийскою армиею на содержание императрицы-королевы: что король прусский, сколько до сих пор видно, больше всего думает о сохранении Силезии: а если б покусился предпринять что-нибудь против находящихся в Берлине и Бранденбурге русских войск, то в этом предприятии может найти только свою погибель, ибо, кроме того что все русские корпуса стоят один от другого вблизости и могут подать друг другу помощь, корпус графа Леси, соединившийся с русским войском, может подать немалую помощь; притом граф Даун не оставит следовать по пятам за королем. Итак, если эти представления о сохранении Берлина и перезимовке в Бранденбурге и Новой Мархии или об отпуске в Саксонию от 20 до 25000 человек императрица соизволит принять, то прусский король со всех сторон может быть так стеснен, что должно ожидать совершенного окончания войны. Но эти внушения опоздали; Берлин был занят с финансовою целию: контрибуциею с него облегчить тяжесть военных расходов, и потому, как только добыча была захвачена, с 30 сентября на 1 октября Чернышев и Тотлебен оставили Берлин. Одновременно с известиями о занятии Берлина обнародовано было известие о вторичной неудаче русского войска под Кольбергом: не было утаено, что при вести о приближении генерала Вернера на помощь городу русские офицеры и солдаты бросились спасаться на суда, вследствие чего часть артиллерии была оставлена в добычу неприятелю.