На следующий год компанию на Балканах возглавил сам Иоанн Цимисхий, собравший 30-тысячное войско, половину которого составляла тяжелая конница. Византийцы неожиданным маневром подступили к Преславу, обороняемому болгарской армией, подкрепленной небольшим отрядом руссов. После упорного боя оборонявшиеся были оттеснены к царскому дворцу. «Русы дрались храбро и не один из них не просил пощады и не подавался назад. Однако греки одержали победу и всех руссов перекололи», - писал византийский летописец. Но не всех – часть руссов во главе с воеводой Свенельдом сумела пробиться и уйти к городу Доростолу. Царь Борис был пленен византийцами. Дальнейшие боевые действия развернулись подле Доростола, где греки блокировали 30-тысячное русско-болгарское войско. 23 апреля 971 года у стен Доростола состоялась упорная битва. Византийцы 12 раз атаковали армию Святослава, но успеха не добились и приступили к осаде. Греки пытались подвести осадные орудия и расстреливать русских из луков, но Святослав это предвидя, приказал выкопать вдалеке от стен ров, препятствовавший маневрам противника. Периодически под стенами города происходили кровопролитные стычки. Испытывая острую нужду в провианте, русские совершили успешную ночную вылазку. В результате другой вылазки, 19 июля, были разрушены метательные машины и убит влиятельный полководец Куртуас.

Голод и лишения выкашивали ряды осажденных. Святослав обратился к войску за советом, что делать. Войско высказалось за решительную битву. Так думал и Святослав, завершивший свою речь перед воинами словами: «Так не посрамим земли Русской, но ляжем здесь костьми, ибо мертвые сраму не имут». 22 июля 971 года Святослав вывел поредевшую армию из Доростола. Русские и Болгары выстроились «стеной» в 20 шеренг. Византийцы превосходили численно, имели сильную конницу, что позволяло им навязать русско-болгарскому войску свою тактику. Но даже изможденные долгой осадой, союзники решительно атаковали византийцев, как сообщает летописец: «Кололи их копьями, поражали коней стрелами и всадников сбивали на землю». Первая схватка осталась за славянскими воинами. Видя, что обманулся в надеждах легко победить русских и опасаясь быть разбитым, Цимисхий предложил решить исход противостояния личным поединком, на что Святослав с усмешкой ответил: « Я сам лучше знаю, что мне полезно, нежели враг мой. Если ему жизнь наскучила, есть несчетное множество путей, ведущих к смерти, да изберет из них, какую ему угоден». После небольшой передышки армии возобновили сражение. Цимисхий попытался выманить обороняющихся от стен крепости. Одна часть византийского войска намеренно начала пятиться под натиском русских и болгар. В этот момент отряд византийской конницы зашел с тыла. Большинство руссов не имели таких прочных доспехов, какие защищали византийцев, а большие щиты не спасали славян от летящих со всех сторон стрел. Многие витязи пали, сам Святослав получил тяжелую рану. Но доблестные русские воины, закинув щиты за спину, усилили натиск и через ряды врагов пробились в крепость. Потери русских были громадны: кровопролитное сражение продемонстрировало превосходства византийцев, но с другой стороны, решимость славян продолжать борьбу. В этой ситуации Цимисхий предпочел начать переговоры. Святослав согласился оставить Болгарию, взамен чего Цимисхий обязался пропустить союзников и снабдить их провиантом. Но противники не были искренни в дружеских заверениях. Святослав намеревался вернуться в Болгарию по весне с новым войском, а Цимисхий, опасаясь грозного противника, уговорил печенегов напасть на дружину Святослава. Тот отправил большую часть войска с воеводой Свенельдом сухим путем, а сам остался с ранеными воинами зимовать в устье Днепра. По весне отряд Святослава попытался пройти через днепровские пороги, где ждали печенеги. Кочевники перебили немногочисленную русскую дружину, сам Святослав погиб. Из черепа Святослава печенежский хан приказал изготовит чашу для торжественных застолий.