После отражения германо-австрийского наступления в ходе Варшавско-Ивангородской операции австрийские войска снова отступили, и Перемышль был повторно осаждён осадной армией генерала А. Н. Селиванова. Селиванов, войска которого были меньше по численности, чем гарнизон крепости, не имея осадной артиллерии, не предпринимал бессмысленных попыток штурма, а окружил крепость широким кольцом, рассчитывая добиться сдачи измором. В крепости-городе находились 135 тыс. австро-венгерских солдат, 18 тыс. мирных жителей и около 2 тыс. русских пленных.

Русские генералы учли уроки предыдущей неудачной осады одной из крупнейших крепостей Европы. 11-я армия окопалась на подступах к оборонительным сооружениям крепости. Также была увеличена артиллерийская мощь 11-й армии. С прибытием тяжёлой артиллерии (ТАОН), увеличилось количество орудий крупного калибра, что и решило судьбу крепости — высочайшего достижения военной инженерно-технической мысли и культуры того времени.

На пятый месяц осады в крепосте начался голод. Комендант ген. Кусманек стал опасаться бунта среди солдат и передал своему командованию по радио, что если Перемышль не освободят, он вынужден будет сдаться.

Понимая, что Перемышль может пасть в любой момент, австро-германское командование, перегруппировав и подтянув дополнительные силы, решило в последней, отчаянной попытке деблокировать Перемышль. На главном направлении Белогруд — Лиско против 4 дивизий 8-го и 7-го русских корпусов было сосредоточено 14 вражеских дивизий. 13-го марта австро-германские войска нанесли мощный удар, но прорвать русскую оборону не смогли. В свою очередь русское командование, связанное боями на других участках фронта, не могло оказать существенную помощь обороняющимся частям. Непрерывные атаки австро-германцев, имевших подавляющее преимущество в живой силе, длились почти неделю, но были все отбиты. Попытка деблокировать Перемышль провалилась. В результате, подошедшие русские резервы нанесли удар по атакающему противнику и отбросили его далеко на запад.

После срыва деблокады Перемышля Кусманек решился на прорыв. 20-го марта гарнизон выступил из крепости. В головных колоннах шли самые надежные венгерские части. Но Селиванов этого давно ждал. Опасные участки были заблаговременно определены, оборона на них наращивалась несколько месяцев, а о подготовке к вылазке предупредила авиаразведка. Атакующих встретил убийственный огонь орудий и пулеметов, их цепи были выкошены, остальные, спасаясь, побежали обратно в крепость. Обозы с продовольствием и боеприпасами, выведенные на прорыв, были брошены на дороге. В бою 20-го марта войскам перемышльской армии было нанесено полное поражение, в плен попало 107 офицеров, до 4 тыс. нижних чинов и захвачено 16 пулемётов, много стрелкового и холодного оружия. После этого разгрома об обороне уже и речи быть не могло. Кусманек вступил в переговоры и 22-го марта Перемышль капитулировал безо всяких условий.

Русским войскам сдались 9 генералов (в том числе Герман Кусманек, А. Тамаши, К. Вейзендорфер, В. Никль), 93 штаб-офицера, 2204 обер-офицеров, 113 890 нижних чинов, русские войска захватили 900 орудий (по другим данным 1050).

После взятия крепости в Перемышль (на поезде до Самбора, затем на автомобиле) прибыл Николай II. Генерал Брусилов показывал ему крепостные укрепления.