一開始明軍採用了四面同時進攻的方式攻城。他們手裡的將士是西虜的四倍，即使四面同時猛攻兵力也足夠。
“並且，西虜人少且大多是徵召而來之人，若是騎在馬上打野戰還有些戰力，守城戰因爲不熟練未免會忙中出錯，況且他們人少，四面同時猛攻必定能夠讓西虜指揮將領顧此失彼。”宋晟說道。
城頭上指揮守城的皮爾馬哈麻果然陷入了左支右絀的窘態。正如朱恆實所預料的那樣，西虜不僅人少還並不擅長守城，雖然有城池之利，也打死了許多攻城的‘明軍’，但在打了一個時辰後就體力逐漸不支，對輪番作戰的‘明軍’抵抗越來越無力。
皮爾馬哈麻見此，只能將手裡的預備隊派出去打仗。可預備隊人數也不多，沒到中午也累得氣喘吁吁了。
阿不別爾克馬上找到皮爾馬哈麻對他說道：“大汗，仗不能這麼打！不能用守城器械這麼換攻城的明軍！他們現在派上來攻城的都是從河中或草原上徵召的人，連蒙古人都不是，明軍對他們也不看重，死多少都不心疼，反正還能從各部族徵召。可咱們的守城器械打出去一件就少一件。”
“那你說該怎麼辦？”皮爾馬哈麻情緒有些激動的喊道。阿不別爾克能看出來的事情他也能看出來，但他想不出解決的辦法。
“集中所有守城器械，先後對四面攻城的‘明軍’進行最猛烈的打擊。他們既然是明國剛剛徵召來的人，對明國也不會多忠誠，只是因明國打敗了爺爺所以認爲明國是全世界最強大的國家，明國也一定能打下撒馬爾罕城，之後可以在城中劫掠，所以願意跟隨明軍前來攻城。”
“咱們給予他們最猛烈的打擊，讓他們意識到比起攻陷撒馬爾罕城能夠任意劫掠，自己戰死的可能性更高，就不會像現在這樣願意出力攻城了。真正的明軍人數也不多，不敢太過逼迫，咱們就能多守城幾日。若是能夠拖到最冷的日子，明軍就不得不退兵，城池就守住了。”阿不別爾克給出了自己的建議。
“好，就怎麼辦！”皮爾馬哈麻說道。他這純粹是急病亂投醫了。
阿不別爾克的建議起了效果。被徵召來的人是想來搶劫的，不是想來送命的，雖然他們都明白打仗總有人會死，但當傷亡率達到一個標準後他們就不願再賣力攻城，每次只是滿吞吞的衝到城下，用衝車衝擊城門或牆壁，而不願攀爬攻城。這一日，他們守住了城池。
但尚炳也想出了應對之法：“傳孤的命令：其一，將塞人小部族的將士與大部族將士區分開來，明日命大部族將士驅趕小部族將士攻城。”
“其二，將所有大炮集中至一面，將士也都集中起來只在其它三面城牆下留騷擾之兵。”
“其四：厚賞。明日最先入城的將士，可得與其身體等重的賞賜。”
“其三，向城內發射箭矢，箭矢綁上勸降書，告知城內之人：若是繼續抵抗一帶城池被破就將他們全部屠盡，若是現在願意投靠大明，保他們的身家性命。”
“殿下，若是城中之人願意投降，是否真的要饒恕他們？現下幾個衛所都想要屠盡城中的西虜爲親人報仇！”宋晟問道。他可知道，從伊吾一路而來的幾個衛所因爲都有親人死在伊吾之戰，對西虜恨之入骨，擅自歧視虐待塞人的事件都發生過好多起，全憑宋晟的威信勉強維持秩序。
“確實有一部分人要留下，這部分人住在何處已提前通過城內的奸細得知，他們若是願意投降我就讓他們活下去；但一般人，即使投降我也不會留他們一條生路的。”尚炳沉聲說道。
“殿下，這可是背信之行爲，恐怕不妥。也會讓治下的塞人疑慮。”宋晟說道。他沒有僅僅從軍事的角度點評此事，而是提到了之後如何統治塞人之事。
“我會將投降之人全部送至中原。在中原他們不論被如何對待，這裡的塞人都不會知曉的。”尚炳又道。
“這，罷了，既然如此，臣也就不在反對。”宋晟最後同意了尚炳的意見。
當夜，有數百支箭射進城中，散發勸降書。皮爾馬哈麻雖然盡力收繳，但還是有許多勸降書被城中人收了起來。
第二日一早，尚炳再次下令攻城。各個塞人大部族的將士驅趕着小部族的人向前行進，若是有腳步稍慢些的就揮舞着棒子毆打，後面還跟着許多人手持長矛向前。在這種情形下，小部族的人即使再不願意，也只能向前衝鋒。
城頭的西虜馬上開始向城下扔守城器械。可他們剛扔了兩輪就聽到從前方傳來的尖嘯聲，擡頭一看就見到許多炮彈正劃過拋物線的頂點向城頭飛來。
許多人還沒來得及躲，炮彈就已經落在城頭。因這次集中了所有大炮發射出的炮彈很密集，他們頓時傷亡許多。
尚炳隨即下令弓箭手靠近城頭，向城頭射箭壓制敵軍，僥倖躲過剛纔炮擊的人又接受了一輪箭雨。
不少人馬上就起了退縮之意，不敢靠近城頭，向後退去；幸好皮爾馬哈麻馬上發現這一情形，下令督戰隊砍殺後退的將士，又將預備隊派上去與他們並肩作戰，才讓他們重新奮力與明軍搏殺。
但就在這短短的時間內，明軍已經將數座雲梯搭在城頭上，還有很多人順着雲梯攀爬到了離着城頭很近的地方。被強迫攻城的小部族塞人心知退後也是死，反而向前如果能奪下撒馬爾罕城可以活命，所以也奮力作戰。
眼看着明軍要攻上城頭，皮爾馬哈麻不得不再次派出剛剛退下來的預備隊。經過一番血腥搏殺，總算把即將登上城頭的明軍全都打死了。
時間很快就到了午時。尚炳下令所有將士撤退回來吃飯，待他們吃完飯後馬上又開始攻城。
但這次攻城之人發生了變化：這一次尚炳投入了從伊吾周圍徵召而來的東方蠻夷。因一路上尚炳一直在向他們宣揚攻破撒馬爾罕城後定居在秦藩的好處，再加上厚賞，這些蠻夷此時也迸發出十分的幹勁，猛烈攻城；城外的大炮也開始轟鳴，爲他們提供掩護。
城頭守兵多半因爲昨晚勸降信的緣故戰鬥意志不強士氣不高，皮爾馬哈麻留下的預備隊只能再次前往城頭支援，一次次的同明軍作戰。隨着情形越來越不好，皮爾馬哈麻焦急之下將親衛隊都派了出去，同攻城的明軍交戰。同一時刻能攀爬雲梯攻城的明軍將士人數畢竟有限，而皮爾馬哈麻手下的親衛竭盡全力與明軍交戰，再加上冬天天黑得早，到太陽即將落下之時竟然成功阻止了所有想登上城頭的明軍登城。
尚炳的臉色隨着城頭情形的變化也是一變再變。一開始時臉上露着笑容，和宋晟談論起打下撒馬爾罕城後如何治理；但連續幾輪將士們都沒能攻下城頭後臉色就變得嚴肅起來；最後一直到時進天黑還沒能打下城池，他的臉色徹底變得不好看了。
“傳孤的命令，點起火把，全軍挑燈夜戰，一定要打下撒馬爾罕城！”尚炳大聲吩咐道。
朱恆實等將領也都支持他的決定。他們好不容易將守城將士的守城器械消耗的差不多，若是現在停手，晚上他們一定會蒐集守城器械，就功虧一簣了。
很快，在天全黑下來以前一支支火把被點亮，從城頭撤下來的人被趕到一旁，新一批將士開始攀爬城頭，然後又是周而復始。
皮爾馬哈麻不知自己究竟應對了明軍幾次攻城，他根本沒空看刻漏，自從天黑下來後已經完全失去了時間的概念。
他這幾日一直非常緊張，夜晚也休息不好，昨晚上更是一夜沒睡，此時腦袋昏昏沉沉的，幾乎憑藉本冷指揮守城，聽到哪裡傳來呼喊聲後就派出預備隊和親衛隊去救援，將明軍打下去後又讓他們後撤休息隨時準備支援其它地方。由於激烈的搏殺，預備隊的人數也越來越少。
又過了許久，月亮已經升到天空中的最高處，尚炳見西虜的抵抗越來越微弱，派出漢人衛所將士攻城。這一次，西虜守兵在他們攻上來後全軍潰敗，將城頭拱手讓於明軍。
尚炳見狀大喜，馬上下令其它各部都從這裡登城。隨着登上城頭的明軍越來越多，本來就因勸降信兒有所動搖的西虜將手上的兵器扔到地上，雙手高舉用花拉子模語或蒙古話大聲喊道：“我願意投降。”
隨着大多數西虜跪地投降，所有大明將士都知道了這件事：撒馬爾罕城被攻破了！