Kolejny szturm na Ajn a-Arab rozpoczął się 17 września 2014. Dżihadyści w natarciu użyli czołgów, rakiet oraz ciężkiej artylerii. Pod ciężkim ostrzałem, po trzech dniach siły kurdyjskie wycofały się z około 100 wiosek w rejonie Ajn al-Arab. Islamiści stanęli 15 km od miasta. Gwałtowne walki spowodowały ucieczkę 60 tysięcy syryjskich Kurdów do Turcji. Tereny walk zamieszkiwało około 400 tysięcy ludzi. W walkach zginęło 34 cywilów. W międzyczasie z terytorium Turcji do Ajn al-Arab przybyło 300 bojowników kurdyjskich PKK. W dniach 20–21 września 2014 w walkach na przedpolach Ajn al-Arab zginęło 39 terrorystów ISIS i 27 kurdyjskich bojowników. Walki koncentrowały się na południe i na wschód od miasta, gdzie ekstremiści podeszli na 10–13 km od miasta. W nocy 22 września 2014 Kurdowie powstrzymali natarcie ISIS w wioskach Mujik i Aliszar (6–7 km na wschód od miasta), jednak z tych pozycji islamiści byli w stanie ostrzeliwać za pomocą rakiet centrum miasta.
Tymczasem 23 września liczba uchodźców osiągnęła 138 tysięcy osób, którzy uciekli z miasta i terenów wiejskich.