Этому предшествовала длительная кампания дезинформации, неожиданный для противника зимний переход горными перевалами Кавказского хребта и начало штурма турецких позиций ночью 11 февраля под прикрытием метели. Преодолевая упорное сопротивление противника, русские войска брали одно укрепление за другим и к 15 февраля сломили турецкую оборону. Остатки армии Керим-паши вначале отступили к Эрзуруму, а затем, чтобы избежать окружения, покинули город.

Турки потеряли около 60 000 человек убитыми и ранеными, около 13 000 пленными, было захвачено 9 знамен и 323 орудия. Кавказская армия генерала Юденича потеряла 2339 человек убитыми и около 6000 раненными. Победа под Эрзурумом открыла путь на Трабзон, который был взят русскими войсками в апреле 1916-го.

До прихода русской армии десятки тысяч армян, населявших Эрзурум и его окрестности, были убиты или изгнаны турками во время геноцида не мусульманского население. После освобождения от власти Османской империи в городе был создан комитет беженцев, который проделал большую работу по помощи выжившим после геноцида эрзурумцам по возвращению в родные места. На средства российской империи в городе были построены больница и сиротский приют.

После революции и начала гражданской войны в России русские войска оставили Эрзурум. В начале 1918-го к городу подошла 25-тысячная турецкая армия. Немногочисленные местные отряды самообороны сдерживали врага сколько могли, позволив благодаря этому нескольким тысячам представителям немусульманского населения спастись, отступив в Закавказье, на территорию российской империи. Войдя после их отступления в город, турки полностью вырезали всех оставшихся в Эрзуруме немусульман.

Эрзурумская операция 1916 года стала очередной вехой среди множества побед русских войск над турками во время многочисленных русско-турецких войн, шедших в течение всего XIX века.