20 марта украинский гарнизон отверг предложение капитулировать. 23 числа российские войска прорвались в центр города. Зона контроля украинских сил постепенно сокращалась; части ВСУ отходили в промзону – к металлургическому заводу им. Ильича и комбинату «Азовсталь».
В начале апреля украинский гарнизон был разрезан на части. В ночь на 12 апреля основные силы бригады морской пехоты попытались прорваться из окружения, но за исключением совсем небольших групп все попытки выбраться из Мариуполя потерпели фиаско. К середине апреля более тысячи морских пехотинцев сдались в районе завода Ильича. После этого единственным очагом сопротивления в Мариуполе осталась обширная промзона комбината «Азовсталь».
На территории завода оборонялись основные силы отряда «Азов», а также остатки разбитых ранее других частей. Опорой украинских войск была сеть чрезвычайно прочных подземных сооружений, часть которых была построена в советское время в качестве убежищ на случай новой мировой войны. Кроме того, «Азовсталь» прикрыта с севера и запада поймой реки Кальмиус, а с юга – Азовским морем. Таким образом, для штурма комплекса остаётся только восточная сторона.
«Азовсталь» подвергалась очень мощным бомбардировкам до середины мая. 16 числа гарнизон «Азовстали» капитулировал. В общей сложности на комбинате сдалось, по российским данным, до 2500 украинских солдат и офицеров (около 4 тысяч в целом в Мариуполе). Потери сторон убитыми остаются неизвестными (в любом случае речь идёт о тысячах погибших с каждой стороны). Жертвы среди гражданского населения неизвестны, но они очень высоки: по российским данным, погибло до 3 тысяч жителей Мариуполя (существуют заведомо завышенные оценки, доводящие число жертв до 20 тысяч). Битва за Мариуполь остаётся одним из крупнейших сражений этой войны и наиболее кровопролитным на её начальном этапе.
После сражения Мариуполь был практически полностью разрушен. Его восстановление идёт до сих пор, и власти РФ активно вкладываются в это строительство, однако будущее города до сих пор остаётся туманным, поскольку ключевые предприятия, составлявшие до 2022 года основу экономики города, были уничтожены в ходе битвы.
Успехи первых дней наступления оказались в действительности куда более скромными, чем рассчитывали на российской стороне. Сопротивление противника постоянно нарастало. Украину сразу же и очень активно поддержали страны Запада; кроме того, внутри страны в буквальном смысле тоталитарными методами навели полное единомыслие и начали стремительную мобилизацию. Уже к лету, по утверждению министра обороны Украины, в ружьё поставили миллион человек. Это давало Украине крайне серьёзный численный перевес. Уничтожить украинскую систему ПВО российским войскам не удалось, поэтому активность авиации русских была серьёзно купирована.