Z tego powodu armia koronna okopała się budując wały przed murami fortecy.
Pierwszy szturm Chmielnicki przeprowadził już 11 lipca, licząc na to, że rozmiar jego armii wzbudzi w wojskach koronnych podobny popłoch, jak pod Piławcami i pozwoli z marszu zdobyć twierdzę. Twardy opór obrońców i ciężkie straty nacierających pułków kozackich zniweczyły ten plan.
Polacy sukcesywnie odpierali kolejne szturmy, a ponadto sami organizowali uciążliwe dla oblegających wycieczki. Prowadzone przez Kozaków prace ziemne zmuszały obrońców do stopniowego cofania się i zmniejszania obszaru umocnień. Po kilku tygodniach obrony zaczęło brakować żywności oraz prochu.
Odsiecz 17 lipca na odsiecz oblężonemu Zbarażowi ruszyła z Lublina armia polska pod osobistym dowództwem króla Jana Kazimierza. Nie było przy królu pospolitego ruszenia, gdyż kanclerz wielki koronny Jerzy Ossoliński bał się nacisków szlachty na króla.