Даже когда войска перешли с Заяцкого острова на Большой Соловецкий, ладьи продолжали прибывать - со стороны Долгой губы возле Муксалмы они выгружали груз, который потом перетаскивался в укромное место, а после ухода войск доставлялся в монастырь. Помогало повстанцам и то, что войска с 1668 но 1675 годы уходили на зиму в Сумской острог. Это давало возможность активно использовать весну и осень для пополнения припасов, а самые опытные мореплаватели пускались в путь и зимой.
Внутри монастыря на протяжении всего восстания велся строгий учет поступающих припасов, казначей и келарь составляли подробные приходо-расходные и отводные книги. Только последний казначей Михаил зимой 1676 года, накануне финального штурма, умирая не успел передать имущество по описи, а оставил казну своему духовному отцу священнику Леонтию без отводной книги. Реальные проблемы в ведении хозяйства возникли у монастыря только с осени 1676 года.
В 1668 году, после долгих колебаний правительство приняло решение перейти от переговоров к решительным действиям и силой заставить непокорный монастырь подчиниться воле царя и патриарха. Царский указ от 3 мая 1668 года предписывал стряпчему Игнатию Андреевичу Волохову возглавить отряд московских и архангельских стрельцов. 22 июня войска прибыли к стенам обители.
Монастырь оказался заперт, "...и по воротам, и по башням, и по стенам пушки, и с мелким ружьем изготовлены". После двухдневных переговоров Волохов с несколькими стрельцами прошел в монастырь - в воротах и даже в соборе стояли вооруженные люди. После богословской дискуссии, в которой воевода проявил немалую эрудицию, большинство монахов и мирян заявило о намерении "сидеть в городе", т.е. в крепости, а несколько человек ушли с Волоховым. В тот же день началась перестрелка. Восстание перешло на этап вооруженного противостояния.
Волохов не стал осаждать крепость - у него не было ни достаточного количества людей, ни подходящего снаряжения. Он расположился на Большом Заяцком острове возле гавани, выстроенной монастырем в 16 веке, оттуда было видно многие подходящие к островам от Сумского острога и Кеми суда с припасами. Основное внимание воеводы распределялось между попытками перехвата на море (впрочем, острова в гавани обычно мешали вовремя увидеть отходящие карбасы, а кроме того, у монастыря были пристани в Сосновой губе и Долгой губе, которые вообще не видны от Заяцкого острова) и периодическими бесплодными переговорами с восставшими. На зиму войска вообще уходили в Сумской острог, снимая осаду на долгие месяцы.
Волохов возмущался в своих отписках в Москву тем, что не только миряне, но и монахи участвовали в боевых вылазках на соседние острова и стычках со стрельцами. Особенно раздражал воеводу воинственный инок Варфоломей: по мнению Игнатия Андреевича, монах в кольчуге и шлеме, вооруженный пищалью, - явный представитель сатанинских сил, подготовленный к боям бесами и Вельзевулом.
Весной 1669 года, на Пасху, самые решительные монахи и миряне утопили в море новопечатные книги, с 1658 года лежавшие в казенной палате. Весной-летом 1669 года из традиционной молитвы за здравие царя убрали имя Алексея Михайловича, вставив безличный оборот о "благоверных князех". Отказ от молитвы за царя для 17 века был достаточной крайней формой неповиновения. Это уже была не просто практическая акция, но символический жест, означавший разрыв с "неверным" царем-антихристом.
К лету 1669 года были проведены подготовительные работы для обороны крепости. По городовым стенам везде заготовили груды "каменья дробного" для стрельбы из пушек, оружие было проверено и приведено в боевую готовность. По стенам расставлены котлы для вара, которым предполагалось поливать осаждавших. Миряне упражнялись в стрельбе, а на море спущены были шесть больших карбасов с пушками для морского боя. Позднее по стенам ходил с процессией архимандрит Никанор, кропил святой водой пушки (голландские) и говорил, обращаясь к ним: "одна у нас надежа на вас, матушки галаночки, вы-де нас не выдайте".
В июне 1669 года, когда Волохов с отрядом снова расположился на Заяцком острове, черный собор выслал ему навстречу ладью со ссыльными людьми, содержавшимися в обители - разрывая отношения с царем, насельники монастыря отказывались и от выполнения царской службы по охране ссыльных.
Летом 1672 года войска подошли к монастырю только в начале августа - дело в том, что правительство, недовольное действиями Волохова, заменило его на нового воеводу - Климентия Алексеевича Иевлева. Его снабдили несколько увеличенным отрядом стрельцов, набранных по беломорским городам, а также оставили небольшой московский отряд. Иевлев начал с того, что сжег монастырские строения вне стен крепости, карбасы и сено, впервые начал обстрел стен монастыря из пушек (но уже в мае 1673 года ему запретили использовать против обители пушки и посылать людей на приступ). На следующий год он расположился под монастырем, вел постоянные, но незначительные перестрелки, а уже 18 августа 1773 года ушел на берег, предоставил возможность соловецким насельникам спокойно пополнить нескудные запасы монастыря грибами, рыбой и всем прочим.
После раздоров Иевлева с соловецким архимандритом Иосифом в Сумском остроге воевода был отстранен, а на его место 6 сентября 1673 года назначен Иван Алексеевич Мещеринов. В декабре он получил подтверждение на эту службу, а уже 4-5 января 1674 года принял в Сумском остроге дела у Иевлева. 31 мая во глве сильно увеличенного и хорошо вооруженного отряда Мещеринов прибыл на Соловки.
Боевые действия по обороне монастыря и сражения с царскими войсками сопровождались и непростой внутренней жизнью обители в годы восстания.
В этой части монастыря нередко оказывались в заточении не только противники восстания, но и те его участники, которые в результате очередного внутреннего переворота были изолированы новыми лидерами.
Но уже осенью 1669 года, после завершения летней кампании, ситуация в монастыре резко изменилась. Как выяснилось, в обители не все были настроены радикально. Не только Волохов считал стрельбу недостойным делом для монаха, а вооруженное сопротивление царю - и вовсе недопустимым. Еще с 1668 года в тюрьме оказался лидер предыдущего периода - Терентий, категорически осудивший стрельбу по царским войскам. Он настаивал на том, чтобы запереть ворота и "сесть" в осаду, не обороняясь. Затем, в соответствии с обещаниями, молиться и ждать мучения и смерти от нечестивого царя и его приближенных. В сентябре 1669 года сторонники умеренных действий повязали радикальных лидеров и заточили их в тюрьму, выпустив оттуда Геронтия и еще нескольких человек. А 19 сентября бывшего келаря Азария с еще десятком монахов и мирян выслали к Волохову, "по руке и по ноге скованы и мурьи усом гвоздьем" закреплены.
Но уже к октябрю 1671 года умеренные деятели старцы Глеб, Епифаний и другие, тоже ненадолго посетили тюрьму, а потому были высланы из монастыря. Радикальное движение с этого момента и до конца восстания возглавлял архимандрит Никанор. На протяжении последующих лет сюда попадали порой небольшие группы несогласных с большим черным собором прежде, чем их высылали вон из монастыря.
Иван Мещеринов действовал намного активнее предшественников. И хотя осенью 1674 года он тоже увел войска на берег - на Соловках под монастырем зимовать отряду было негде - он сумел наладить некоторый надзор за береговыми городками и поселениями, чтобы воспрепятствовать контакту повстанцев с вотчинами.
Летом 1674 года Мещеринов впервые обратил внимание на ситуацию в Троицкой пустыни на Анзерском острове. Выяснилось, что все одиннадцать ее обитателей по сути дела являются активными помощниками соловецких насельников. А потому их взяли под арест и после следствия разослали по монастырям (двое смогли бежать).
Воевода приказал спустить часть воды из Святого озера, в результате чего обмелели колодцы в монастыре и остановилась мельница. С восьми сторон Мещеринов приказал подводить шанцы, подкопы к стенам. Напротив Белой, Архангельской, Корожной и Квасоваренной башен были срублены "роскатьи высокие, выше монастырские городовые стены и насыпаны каменьем". Оттуда из пушек и ружей начали обстрел территории монастыря, что привело к гибели и тяжелым увечьям многих осажденных.
Летняя кампания 1675 года началась на море: у Кузовских островов, где монахи и трудники ловили рыбу, на противоположном от монастыря берегу острова у Глубокой губы (сейчас - Долгая). В стычках соловецкие карбасы и отряды прибрежной охраны неизменно одерживали верх. С июня начался жесткий обстрел монастыря и настоящая осада. Применялись зажигательные ядра - повстанцы гасили их водой. Мещеринов построил целую серию земляных городков, пытался штурмовать Рыбные (Сельдяные) ворота. Повстанцы бодро обстреливали войска. Осада, несмотря на активность царских войск, не давала ощутимых результатов.