嘴仗打完，开始动真格的。魏军用大钩车攻城，甩出钩子到城墙上，试图钩坏墙体。宋兵用大绳子拴住钩子，数百人牵拉，魏军便无法拽回钩子。宋兵夜间在城头缒下木桶，兵士乘桶割断钩车的大索，钩子遂被缴获。
魏兵钩车被破坏，又用冲车硬撞城墙。但盱眙城墙修得非常坚实，冲车每撞一次，只不过掉下一些碎土渣，墙体仍巍然不动。
魏兵实在没办法，便用上最笨的招数：士兵爬城进攻。魏兵分为数个轮次，依次爬梯攻向城头，宋兵以逸待劳，在城头击杀无数魏兵。然而魏兵有皇帝亲自督阵，就算伤亡惨重，也不敢丝毫退缩。就这样不计代价地一直打了一个多月，魏兵单是死于城下者就达万余人，伤者更是不计其数，就连魏军高梁王都被射死，拓跋焘终于动摇了。
此时魏军中已经开始流行瘟疫，死者日增。拓跋焘又探得宋军主力已乘船从海道驶入淮河，要来救援盱眙。北面的彭城也受命出击，准备截断北魏军的归路。再打下去，恐怕不妙。拓跋焘于是下令烧毁攻城器具，解围北撤。
至此，盱眙宋军大获全胜，让嚣张的北魏人见识了南方军队的厉害。
