На 29 септември 1877 г. на руския генерал от инженерните войски Едуард Тотлебен е поверено ръководството по обсадата на Плевен и този избор в значителна степен предопределя благополучния изход за войната, който вече е бил поставен под съмнение.
Обсадата на Плевен задържа основното руско настъпление, като в същото време умелата защита от страна на турците впечатлява международното обществено мнение. При трите атаки на града (юли-септември 1877 г.) руснаците и румънците дават над 25 хиляди убити и ранени.
Изборът на 59-годишният генерал Тотлебен не е случаен. Произхожда от семейство на дребен немски аристократ в Латвия. Учи в Санкт-петербургското военно-инженерно училище (1835-1838). Постъпва в армията през 1840 г. и служи в Кавказ. Участва в Кавказката война (1847-1848). Назначен е през 1851 г. за началник на инженерните части на Гвардейския и Гренадирския корпус. По време на Кримската война служи в Дунавската армия, където е помощник на генерал-адютант Карл Шилдер. Изработва плановете за атака на крепостта Калафат. Възглавява обсадата на крепостта Силистра след раняването на генерал-адютант Шилдер. Ръководи отбраната на Севастопол, където строи отбранителните фортификациони съоръжения и спасява хиляди войници и цивилни. Изучава военното инженерство във Франция, Белгия, Холандия и Германия (1856-1858). След завръщането си в Русия е назначен за директор на Инженерния департамент на Военното министерство (1859). Генерал-лейтенант от 1860 г. Заместник генерален инспектор по инженерната част (1863-1872). Генерал от инженерните войски (1871). Разработва системата на отбранителните съоръжения в западните части на Русия. Главен разпоредител на отбраната на Черноморското крайбрежие (1876).
Генерал Тотлебен е специално командирован в Дунавската армия от Русия и фактически поема командването на Западния отряд. Той изработва план, който става ръководство за провеждането на пълна блокада на армията на Осман паша в Плевен и противодействие на системата от редути.
Още в края на октомври са предприети енергични действия за прекъсване снабдителната османска линия при с. Горни Дъбник и с. Телиш в посока към Орхание (дн. Ботевград).
По това време турската армия разполага със запаси от жито, като меле брашното в малки воденички по околните рекички и потоци. Ген. Тотлебен разпорежда водите им да бъдат преградени чрез поредица от язове, които в определен момент са верижно разрушени и образувалата се вълна помита воденичките.
Към началото на ноември Осман паша успява да съсредоточи в Плевен 50 хил. войници и 72 оръдия. Заема инженерно изградена отбранителна линия от 20-25 км., разделена на пет отбранителни участъка.
На 4 (16 ноември) военният съвет на Действащата Руска армия по предложение на ген. Тотлебен взема решение за плътна блокада на Плевен. Западният руски отряд е усилен до 122 хил. войници и 28 обсадни оръдия. Изградена е плътна блокадна линия, разделена на шест участъка.
Осман паша изпитва все по-остра нужда от хранителни припаси. На 30 октомври/11 ноември обаче отклонява руското предложение за капитулация.
На 22 ноември (4 декември) Сюлейман паша оставя под Шипка заслон под командването на Вейсел паша и с основните сили на Централната османска армия преминава Стара планина, превзема гр. Елена, но не успява да отклони руски части от блокадата на Плевен. Понесъл много загуби, той прекратява придвижването към Плевен.
Загубил надежда да получи помощ и привършил хранителните припаси, Осман паша решава да направи последен опит за пробиване на блокадната линия при моста на р. Вит и да се изтегли към София. На 28 ноември (10 декември) Осман паша атакува на фронт от 3 км. Води се ожесточен бой за първия ред руски окопи. Руските части отблъскват атаката и след общо настъпление разбиват Западната османска армия и я пленяват. Руски загуби: 1894 убити и ранени. Турски загуби: пленени 10 паши, 2128 офицери, 37 200 войници, 88 оръдия и 7 знамена.
Превземането на Плевен е решителен момент във войната, освобождават се значителни руски сили, които в битките при Шейново и София в началото на 1878 г. откриват пътя към османската столица Цариград.
След превземането на Плевен, генерал Тотлебен е назначен за главнокомандващ на Действащата руска армия на Балканския полуостров от април 1878 г. до януари 1879 г. Осъществява мерки по организиране самоотбраната на българския народ.
Генерал Тотлебен е награждаван с най-висшите руски ордени: Орден „Свети Георги" II ст. и Орден „Свети Андрей Первозваний". През 1879 г. по случай 25 г. от бомбардировката на Севастопол през Кримската война получава титлата граф и е назначен за член на Държавния съвет. Временен генерал-губернатор на Одеса и командващ войските на Одеския военния окръг (1879). Генерал-губернатор на Вилно и командващ войските на Вилненския военен окръг (1880). През 1882 г. заминава на лечение в Германия, където умира. Останките му са погребани в Братското гробище на Севастопол, при падналите защитници на града по време на Кримската война. Приносите му в областта на фортификацията, оценени като нова епоха във военното дело, се използват и днес.
