21 июня, собрав военный совет, командующий довел до подчиненных командиров план предстоящего штурма. Главный удар решено было нанести с фронта, где вал был ниже, а рвы не так глубоки, силами четырех колонн. Вспомогательный удар пятой колонны, составленной из частей Таврического корпуса, наносился со стороны моря. Зная, что во время штурма черкесские отряды непременно ударят в спину русским войскам, для охраны тыла также были выделены значительные силы. Всего в сражении принимало участие немногим более 12 тысяч человек, половина из которых предназначалась для действий на направлении главного удара, 1300 — на второстепенном направлении, 4144 человека для обороны тыла и 327 для защиты вагенбурга.
В тот же день, едва стемнело, штурмовые колонны выдвинулись на свои направления. В полночь загрохотали обе батареи. Неприятель, приняв передвижение и огонь русских за демарш, не предпринял ответных мер. Некоторые колонны смогли беспрепятственно приблизиться ко рву и начали его преодолевать. Лишь тогда осажденные разобрались в обстановке и бросились отражать штурм. Завязался жестокий бой, но русская пехота уже была на городских стенах и, истребив их защитников, спускалась в город. Подразделения подполковника Винова захватили средние ворота и опустили мост, по которому в город устремилась спешенная кавалерия. К утру гарнизон Анапы прекратил сопротивление. Более 8 тысяч защитников города были убиты, 13 500 человек «обоего пола» взяты в плен. Трофеями победителей стали 95 артиллерийских орудий, 3 булавы и 130 знамен, а также склады с военным имуществом и продовольствием. Потери русских составили 1238 убитыми и 2472 ранеными.
Награды для победителей были весьма щедры. Гудович получил орден Св. Георгия 2-й степени, а также шпагу, украшенную алмазами и изумрудами в виде лаврового венка. Четыре старших начальника удостоились ордена Св. Георгия 3-й степени, 6 человек — этого же ордена 4-й степени, еще 4 получили золотые шпаги, ряд офицеров стали кавалерами ордена Св. Владимира 3-й и 4-й степеней. «Остальные получили одобрительные листы, что не умаляет заслуг особенно отличившихся, так как одни из них уже были георгиевскими или владимирскими кавалерами, а другие, находясь в малых чинах, имели впереди много возможностей для дальнейших отличий и наград. Всем же вообще участникам знаменитого штурма было объявлено в высочайшем рескрипте на имя генерал-аншефа Гудовича монаршее благоволение».
В числе немногочисленных плененных защитников оказался и Шейх-Мансур. С четырьмя своими сподвижниками он был отправлен в Петербург, а затем сослан пожизненно в Соловецкий монастырь, где и умер в 1798 году. Последнее его письмо, обнаруженное в архивах профессором Оттино, было помечено «Соловец, 15 сентября 1798 года» и подписано «Джованни Батист Боэтти, проповедник».
Чеченские сподвижники Шейх-Мансура Хаджи-Гасан, Чагелезгин-Сулейман и едишкулец Пейдже-Али были сопровождены в Симферополь к генерал-аншефу М.В. Каховскому. Там было по их делу проведено следствие, «так как по сделанным допросам они не признались и не обличены ни в каком злом умысле, то Ее Императорское Величество, следуя всегдашнему ее в подобных случаях правилу — лучше даровать прощение преступнику, нежели наказать невинного, высочайше повелеть соизволила водворить их в Тавриде между людьми испытанной верности и, отыскав, доставить женатым их жен и детей».
После взятия Анапы русские войска некоторое время оставались в лагере, расположенном в окрестностях города. Вскоре Гудовичу стало известно, что противник без боя оставил крепость Суджук-кале. Направленные туда казаки подтвердили это. Они нашли крепость пустой и сожженной с 30 брошенными на валах орудиями. Заклепав пушки и сбросив их в море, русские оставили эту крепость и вернулись в главный лагерь.
4 июля 1791 года на рейде Анапы показался турецкий флот, состоявший из 52 судов. Но, убедившись, что крепость пала, флот ушел в открытое море. Но русское правительство и высшее командование видимо плохо знали обстановку. Из Петербурга поступило указание уничтожить Анапскую крепость. Следуя ему, Гудович приказал срыть укрепления до основания, а сам город предать огню. 11 июля русские войска начали обратное движение и спустя два месяца вернулись на свою территорию. После этого Кубанский корпус по приказу Г.А. Потемкина-Таврического был переведен в Екатеринославскую губернию и передан в состав армии генерал-аншефа Каховского.
После покорения Анапы Гудович занялся внутренними делами в подчиненном ему крае. 7 ноября он представил императрице всеподданнейший отчет, в котором достаточно четко оценил политическое состояние края и проживающих на его территории народов.