В начале февраля в Шушу был направлен новый военный руководитель — Рагим Газиев. Он не был профессиональным военным, в гражданской жизни являлся простым преподавателем математики. В то же время он умел много и страстно говорить, но идеи его были далеки от практики. Ему так и не удалось объединить 4 разрозненные вооруженные группы, находившиеся под его командованием. Их командиры не доверяли друг другу настолько, что даже не поддерживали радиоконтактов.
Как не раз бывало на этой войне, политические междоусобицы в Азербайджане снова отрицательно сказались на обороне Шуши. Обещанное подкрепление так и не прибыло, мало того, в марте Газиева назначили министром обороны, и он вернулся в Баку.
В апреле была предпринята попытка сформировать новую «шушинскую бригаду» под руководством подполковника Эльбруса Оруджева, кадрового армейского офицера. Однако и тут не обошлось без накладки — из-за острой нехватки кадров его помимо Шуши «попутно» назначили военным комендантом еще 3 городов — Лачина, Кубатлы и Зангелана, что было невероятно тяжелым бременем ответственности для одного человека. Кроме того, когда он прибыл в Шушу, в частях гарнизона уже начался разброд и шатания, и многие солдаты и ополченцы вместе со своими семьями массово покидали город.
Стоит отметить, что армяне между тем времени зря не теряли и за короткий период смогли собрать все свои силы «в кулак» для решения ключевой задачи. Возглавил армянские отряды талантливый военачальник Аркадий Тер-Татевосян по прозвищу «Командос».
Первой пробой сил было сражение в конце апреля за так называемую 26-ю высоту в пригороде города. Несмотря на огромные потери, азербайджанцам не удалось выбить противника с господствующей высоты.
В начале мая все было готово к штурму Шуши, который отложили на несколько дней, видимо, из-за плохой погоды (по другой версии, штурм приурочили к визиту президента Армении Тер-Петросяна в Иран).
За 2 дня до наступления связь Шуши с внешним миром была отрезана. А непосредственно сам штурм начался в 2 часа 30 минут 8 мая. По воспоминаниям Тер-Татевосян, по его расчетам, вся операция должна была занять 3–4 дня. Армянское командование всерьез рассчитывало на психологический аспект: считалось, что наступление посеет панику среди защитников города и заставит их покинуть город без боя. Об этом свидетельствовал, например, тот факт, что дорогу на запад из Шуши не блокировали, находившимся там подразделениям был отдан приказ не стрелять в людей, бегущих из города, однако блокировать возможный подход подкреплений. Одним из тех, кто находился на этой позиции, был и Роберт Кочарян — будущий президент Армении.
Еще одно штурмовое подразделение получило приказ закрепиться на высокой скале над Каринтаком, но помешала плохая погода. Таким образом, основное бремя наступательной операции легло на плечи тех армянских солдат, которые подходили к городу по горным тропам с севера и востока.
Днем развернулись ожесточенные бои за шушинскую телевизионную башню на северной окраине города и за здание тюрьмы на востоке. В ходе боев произошли и первые в истории карабахской войны встречные танковые бои.
Широко освещался в СМИ случай танковой дуэли двух Т-72: армянского экипажа Гагика Авшаряна и азербайджанского Альберта Агарунова. В районе северных подступов к городу с расстояния 350 метров азербайджанский экипаж сработал эффективнее и после 3 попаданий армянский танк загорелся. В итоге командир армянского экипажа получил сильнейшие ожоги, но выжил, а вот остальные 2 человека погибли. Однако победитель этой схватки не пережил войны и погиб в этот же день в бою на дороге между Шушой и Лачином.
К вечеру защитники города решили, что атака армян отбита. Один из защитников города утверждал, что основанием для этого стал радиоперехват, согласно которому, русский командир по прозвищу «Казак» якобы отдал приказ отступить от города.
При этом наметившуюся оперативную паузу азербайджанцы использовали не для укрепления своих позиций, а для массового бегства — к концу дня эвакуация приобрела стихийный характер.
Первые армянские отряды вошли в брошенную Шушу только утром 9 мая, потому как существовало опасение, что внезапно затихший город может оказаться очередной ловушкой противника.
Только 10 мая в город вошли основные части. В Шуше армянское командование ожидала масса сюрпризов: так, в хаосе отступления азербайджанцы не взорвали склад боеприпасов с ракетами для установки «Град», находившийся в единственной армянской церкви города — Казанчецоц.
В целом бои за Шушу продлились всего один день, но в ходе них погибло, вероятно, около 300 человек. При этом, как часто бывает в таких случаях, данные сторон расходятся — Тер-Татевосян оценивает потери армян в 58 человек убитыми, а азербайджанцев — 200 человек. Один из бойцов ОПОНа Эльдар Оруджев утверждает, что армян погибло больше, а собственные потери составили 159 человек убитыми и 22 пропавшими без вести.
В течение последующей недели армянские части продолжили развивать удачно начавшееся наступление, выполняя вторую стратегическую цель — установление наземного коридора с Арменией. В итоге к 18 мая сходящимися ударами из районов г. Горис (Армения) и Шуша (Карабах) карабахские армяне установили контроль над г. Лачин и проходящей через него стратегически важной автомобильной дорогой.
Местное азербайджанское ополчение, организованное в так называемый «Лачинский полк территориальной обороны», не смогло оказать организованного сопротивления и с боями отошло в южном направлении.
Таким образом, карабахской армии удалось создать наземный коридор шириной до 20 километров между Арменией и территорией Карабаха. Это было главное достижение войны, так как теперь возможности Армии Обороны НКР возросли многократно.
Тем временем все боеспособные азербайджанские части в очередной раз решали внутренние проблемы, так как 15 мая в Баку произошел военный переворот. В тот день контролируемые Народным фронтом части Национальной Армии вместе с бронетехникой вошли в Баку и отстранили от власти президента Азербайджана Аяза Муталибова.
Таким образом, к середине 1992 года произошло существенное изменение масштабов конфликта. На фоне резкой эскалации боевых действий стороны активизировали мобилизационные усилия, ускорили наращивание сил и средств для дальнейшего ведения войны.
Задача технического оснащения была успешно решена обеими сторонами в силу общего изменения региональной военно-политической обстановки, вызванного переподчинением закавказской группировки Объединенных вооруженных сил СНГ под юрисдикцию РФ. В рамках достигнутых межгосударственных договоренностей Армении и Азербайджану передавались техника, вооружение, инфраструктура, материальная и учебная база, склады дислоцируемых на их территории войск. Ввиду чрезвычайной ситуации процесс передачи осуществлялся ускоренными темпами в предельно сжатые временные сроки. В авральном порядке части расформировывались, а личный состав выводился на территорию РФ. В этих условиях было не избежать всяческих перегибов, как с одной, так и с другой стороны.
При этом, как уже отмечалось, наблюдалась некая диспропорция в дислоцированном на территории Армении и Азербайджана вооружении, что в конечном итоге и предопределило подход этих республик к вопросу о строительстве национальных вооруженных сил. Армения пыталась решать проблему в рамках системы коллективной безопасности СНГ и поддерживала претензии России на полный контроль над имуществом Советской армии. Поэтому ставший президентом Армении Левон Тер-Петросян декларировал отказ от построения боеспособной национальной армии, в надежде, что Россия не допустит передачи складированного в Азербайджане оружия. Однако его расчет оказался неверным — большинство республик СНГ, в первую очередь Украина и Азербайджан, провозгласили имеющееся на их территории вооружение национальным достоянием, в связи с чем заявление России о переходе бывшей Советской Армии в Закавказье под ее юрисдикцию оказалось пустой декларацией намерений.