После снятия русскими осады Карса и их отхода к границе Мухтар-паша перешел в наступление. Однако он не решился дать русской армии полевое сражение, а занял сильно укрепленные позиции на Аладжийских высотах, восточнее Карса, где простоял весь август. Стояние продолжилось и в сентябре. Наконец, 20 сентября Лорис-Меликов, сосредоточивший против Аладжи 56-тысячную ударную группировку, сам перешел в наступление против войск Мухтар-паши (38 тыс. чел.). Ожесточенное сражение длилось три дня (до 22 сентября) и закончилось для Лорис-Меликова полной неудачей. Потеряв свыше 3 тыс. чел. в кровопролитных фронтальных атаках, русские отошли на исходные рубежи.

Несмотря на свой успех, Мухтар-паша решил все же отойти в преддверии зимы к Карсу. Как только обозначился отход турок, Лорис-Меликов предпринял второй приступ (2-3 октября). Этот натиск, сочетавший фронтальный удар с фланговым обходом, увенчался успехом. Турецкая армия потерпела сокрушительное поражение и лишилась более половины своего состава (убитыми, ранеными, пленными, дезертировавшими). Ее остатки в беспорядке отступили к Карсу, а затем к Эрзруму. Русские потеряли во время второго штурма 1,5 тыс. чел. Аладжийская битва стала решающей на Кавказском театре боевых действий. После этой победы инициатива полностью перешла к российской армии. В сражении при Аладже русские впервые широко использовали телеграф для управления войсками.