台湾城城高墙厚，守备完善，城四隅向外突出，置炮20尊；南北各置巨炮10尊。荷军火炮密集，射程远，封锁了周围每条道路，所以无论从哪一方面接近，都会受到堡上炮火的轰击。郑成功占领赤嵌楼后，即组织进攻台湾城。他采取正面进攻和翼侧迂回、水陆配合的战法。四月初四，派兵一部从左翼侧逼近台湾城，击败迎击的荷军。四月初七，又指挥将士渡海从南端进攻台湾城。这时，困守在城内的侵略军只有870人，退据堡垒继续顽抗。郑成功一面积极准备攻城，一面写信谕令揆一投降，揆一不理。郑成功即调集28门大炮运入市区，向台湾城猛轰，摧毁台湾城大部胸墙，击伤许多荷军。揆一不顾一切列炮于城上，集中轰击，迫使郑军后撤。

　　郑成功鉴于台湾城池坚固，强攻一时难以奏效，为减少伤亡，进一步作好准备，决定改取长围久困、且耕且战的方针。五月初二，郑军第二梯队抵达台湾，从台湾城南面逼近该城城堡。郑军兵力得到加强，供给得到补充，遂从五月初五开始，在所有通向城堡的街道都筑起防栅，并挖了一条很宽的壕沟，围困荷军。同时准备了攻城器械和炮具。

　　五月二十八日，巴达维亚当局得知荷军在台湾战败的消息，即调集700名士兵，10艘战舰，赶赴台湾增援，七月初五到达台湾海面。郑成功侦知这一情况，抓紧进行围城和打援部署。荷兰侵略者得到增援之后，力求迅速改变被围的不利处境，决定用新到的舰船和士兵把郑军逐出台湾城市区，并击毁停泊在赤嵌楼附近航道上的郑军船只。其部署是：以两艘战船迂回到市区后海面摧毁郑军炮位，出动三、四百名步兵进攻市区，另派大小20 艘舰艇袭击郑军战船。闰七月二十三日，双方在海上接战，郑成功亲统战舰在海上迎击，将敌舰包围，经一小时激战，击毁、烧毁荷舰两艘、俘小艇三艘，毙敌 100多名。其余荷舰逃往远海，再也不敢靠近台湾。因海上失败，荷军在陆上未敢发起进攻即草草收兵。被围荷军粮饷匮缺、士气低落，不少士兵吃了发霉的食物而中毒，战死饿死者众多。郑军则进行休整，不断加筑工事，架设巨炮，准备继续攻城，民众还协助郑军断绝了荷军的水源。在围困台湾城8个多月并进行了充分的准备之后，郑军发起总攻。十二月初六，攻占城外重要据点乌特利支堡，然后居高临下，向台湾城猛烈轰击，揆一见大势已去，于十二月十三日率部投降。至此，沦陷了38年的台湾又重新回到祖国的怀抱，郑成功驱逐荷兰侵略者的伟大斗争，终于取得了胜利。