第二日十一月二十九日，明军开始攻城。
一开始明军四面同时发动进攻，攻打城池。他们手里的人是西虏的四倍，即使四面同时猛攻兵力也足够。
“并且，西虏人少且大多是征召而来之人，若是骑在马上野战还有些战力，守城战因为不熟练未免会忙中出错，况且他们人少，四面同时猛攻必定能够让西虏指挥将领顾此失彼。”宋晟说道。
城头上指挥守城的皮尔马哈麻果然陷入了左支右绌的窘态。正如朱恒实所预料的那样，西虏不仅人少还并不擅长守城，虽然有城池之利，也打死了许多攻城的‘明军’，但在打了一个时辰后体力就逐渐不支，对轮番作战的‘明军’抵抗越来越无力。
皮尔马哈麻见此，只能将手里的预备队派出去。可预备队人数也不多，没到中午也累得气喘吁吁了。
阿不别尔克马上找到皮尔马哈麻对他说道：“大汗，仗不能这么打！不能用守城器械这么换攻城的明军！他们现在派上来攻城的都是从河中或草原上征召的人，连蒙古人都不是，明军对他们也不看重，死多少都不心疼，反正还能从各部族征召。可咱们的守城器械打出去一件就少一件。”
“那你说该怎么办？”皮尔马哈麻情绪有些激动的喊道。阿不别尔克能看出来的事情他也能看出来，但他想不出解决的办法。
“集中所有守城器械，先后对四面攻城的‘明军’进行最猛烈的打击。他们既然也是明国刚刚征召来的，对明国也不会多忠诚，只是因明国打败了爷爷所以认为明国是全世界最强大的国家，认为明国一定能打下撒马尔罕城，之后可以在城中劫掠，所以愿意跟随明军前来攻城。”
“咱们给予他们最猛烈的打击，让他们意识到比起攻陷撒马尔罕城后能够任意劫掠，自己现在就战死的可能性更高，就不会像现在这样愿意出力攻城了。真正的明军人数也不多，不敢太过逼迫，咱们就能多守城几日。若是能够拖到天上下雪明军不得不退兵，城池就守住了。”阿不别尔克给出了自己的建议。
“好，就怎么办！”皮尔马哈麻说道。他这纯粹是急病乱投医了。
阿不别尔克的建议起了效果。被征召来的人是想抢劫来的，不是来送命的，虽然他们都明白打仗总有人会死，但当伤亡率达到一定规模后他们就不愿再卖力攻城，每次只是满吞吞的冲到城下，用冲车冲击城门或墙壁，而不愿攀爬攻城。这一日，他们守住了城池。
但尚炳也想出了应对之法：“传孤的命令：其一，将塞人小部族的将士与大部族将士区分开来，明日命大部族将士驱赶小部族将士攻城。”
“其二，将所有大炮集中至一面，将士也都集中起来只在其它三面城墙下留骚扰之兵。”
“其四：厚赏。明日最先入城的将士，可得与其身体等重的赏赐。”
“其三，向城内发射箭矢，箭矢绑上劝降书，告知城内之人：若是继续抵抗一带城池被破就将他们全部屠尽，若是现在愿意投靠大明，保他们的身家性命。”
“殿下，若是城中人愿意投降，是否真的要饶恕他们？现下几个卫所都想要屠尽城中的西虏为亲人报仇！”宋晟问道。他可知道，从伊吾一路而来的几个卫所因为都有亲人死在伊吾之战，对西虏恨之入骨，擅自歧视虐待塞人的事件都发生过好多起，全凭宋晟的威信勉强维持秩序。
“确实有一部分人要留下，这部分人住在何处已提前通过城内的奸细得知，他们若是愿意投降我就让他们活下去；但一般人，即使投降我也不会留他们一条生路的。”尚炳沉声说道。
“殿下，这可是背信之行为，恐怕不妥。也会让治下的塞人疑虑。”宋晟说道。他没有仅仅从军事的角度点评此事，而是提到了之后如何统治塞人之事。
“我会将投降之人全部送至中原。在中原他们不论被如何对待，这里的塞人都不会知晓的。”尚炳又道。
“这，罢了，既然如此，臣也就不在反对。”宋晟最后同意了尚炳的意见。
当夜，有数百支箭射进城中，散发劝降书。皮尔马哈麻虽然尽力收缴，但还是有许多劝降书被城中人收了起来。
第二日一早，尚炳再次下令攻城。各个塞人大部族的将士驱赶着小部族的人向前行进，若是有脚步稍慢些的就挥舞着棒子殴打，后面还跟着许多人手持长矛向前。在这种情形下，小部族的人即使再不愿意，也只能向前冲锋。
城头的西虏马上开始向城下扔守城器械。可他们刚扔了两轮就听到从前方传来的尖啸声，抬头一看就见到许多炮弹正划过抛物线的顶点向城头飞来。
许多人还没来得及躲，炮弹就已经落在城头。因这次集中了所有大炮开炮，发射出的炮弹很密集，他们顿时伤亡许多，很多人下意识就躲。
尚炳随即下令弓箭手靠近城头，向城上射箭压制敌军，侥幸躲过刚才炮击的人又接受了一轮箭雨。
不少人马上就起了退缩之意，不敢靠近城头，向后退去；幸好皮尔马哈麻马上发现这一情形，下令督战队砍杀后退的将士，又将预备队派上去与他们并肩作战，才让他们重新奋力与明军搏杀。
但就在这短短的时间内，明军已经将数座云梯搭在城头上，还有很多人顺着云梯攀爬到了离城头很近的地方。被强迫攻城的小部族塞人心知退后也是死，反而向前如果能夺下撒马尔罕城可以活命，所以也奋力作战。
眼看明军要攻上城头，皮尔马哈麻不得不再次派出刚刚退下来的预备队。经过一番血腥搏杀，总算把即将登上城头的明军全都消灭或打退。
时间很快就到了午时。尚炳下令所有将士撤退回来吃饭，待他们吃完饭后马上又开始攻城。
但这次攻城之人发生了变化：这一次尚炳投入了从伊吾周围征召而来的东方蛮夷。因一路上尚炳一直在向他们宣扬攻破撒马尔罕城后定居在这附近的好处，再加上厚赏，这些蛮夷此时也迸发出十分的干劲，猛烈攻城；城外的大炮也开始轰鸣，为他们提供掩护。
城头守兵多半因为昨晚劝降信的缘故战斗意志不强士气不高，皮尔马哈麻留下的预备队只能再次前往城头支援，一次次的同明军作战。随着情形越来越不好，皮尔马哈麻焦急之下将亲卫队都派了出去，同攻城的明军交战。同一时刻能攀爬云梯攻城的明军将士人数毕竟有限，而皮尔马哈麻手下的亲卫竭尽全力与明军交战，再加上冬天天黑得早，到太阳即将落下之时竟然成功阻止了所有想登上城头的明军登城。
尚炳的脸色随着城头情形的变化也是一变再变。一开始时脸上露着笑容，和宋晟谈论起打下撒马尔罕城后如何治理；但连续几轮将士们都没能攻上城头后脸色就变得严肃起来；最后一直到时进天黑还没能打下城池，他的脸色彻底变得不好看了。
“传孤的命令，点起火把，全军挑灯夜战，一定要再今夜打下撒马尔罕城！”尚炳大声吩咐道。
朱恒实等将领也都支持他的决定。他们好不容易将守城将士的守城器械消耗的差不多，若是现在停手，晚上他们一定会搜集守城器械，就功亏一篑了。
很快，在天全黑下来以前一支支火把被点亮，从城头撤下来的人被赶到一旁，新一批将士开始攀爬城头，然后又是周而复始。
皮尔马哈麻不知自己究竟应对了明军几次攻城，他根本没空看刻漏，自从天黑下来后已经完全失去了时间的概念。
他这几日一直非常紧张，夜晚也休息不好，昨晚上更是一夜没睡，此时脑袋昏昏沉沉的，几乎就是凭借本能指挥守城，听到哪里传来惊慌的呼喊声就派出预备队和亲卫队去救援，将明军打下去后又让他们后撤休息，随时准备支援其它地方。由于激烈的搏杀，救火队的人数也越来越少。
又过了许久，月亮已经升到天空中的最高处，尚炳见城头上的西虏抵抗越来越微弱，人数也越来越少，尤其救火队的人已经所剩无几，于是派出汉人卫所将士攻城。这一次，西虏守兵在他们攻上来后全军溃败，将城头拱手让于明军。
尚炳见状大喜，马上下令其它各部都从这里登城。随着登上城头的明军越来越多，本来就因劝降信儿有所动摇的西虏将手上的兵器扔到地上，双手高举用花拉子模语或蒙古话大声喊道：“我愿意投降。”
随着大多数西虏跪地投降，所有大明将士都大声欢呼起来：“攻破了，撒马尔罕城被攻破了！”“万岁！万岁！”