张叔夜被赵桓委任为负责指挥全军守城之总指挥，在他的带领下数万宋军组成了一道几乎牢不可破的铜墙铁壁，开始了第二次更为悲壮和惨烈的汴梁保卫战。
完颜宗望组织起了庞大的攻城部队，利用云梯、偏桥、抛石机等发起进攻，宋军则以密集箭雨还击。金兵个个毫无退缩视死如归，杀到城墙前架设云梯攻城。宋军将事先备好的滚水热油倾如雨下，石块滚木更狂落而下。几番轮攻下来，金兵伤亡惨重损兵折将。正当完颜宗望怒火中烧时，第二支主力完颜宗翰赶到了。二军一合达到二十多万人，可谓实力大增。信心百倍的金军驱赶附近俘虏来的百姓运送石头，将周边区域内的石块搜刮一空，利用抛石机朝着城墙发射，摧毁防御工事。同时砍伐树木，日夜不停造攻城之具。
这天展开了更猛烈的攻势，投石机布满城外，大石在城内如冰雹而下，楼屋中者无不摧毁。金兵箭发如雨，使外城墙壁众箭丛集如同刺猬。火梯云梯撞竿和洞子等攻具数门并攻，欲令守军左支右绌，难以兼顾。一时善利门，通津门，宣化门险象环生。而且金人狡猾，攻东门就称西门已破，攻南门就称北门已破，欲扰乱军心，乘乱登城。还将所带黑旗往城上送，故意让守城宋兵夺取，正好迷惑它处守军。幸好张叔夜对此有所耳闻，已有防备。
面对抛石机威力巨大，张叔夜让士兵把泥土、木屑，麸糠等装入袋子，布置在敌楼上，如此抛来的石块就如打在棉花上，无法造成伤害。张伯奋则当起了救火队长，何处告急便带着一批硬弩手前往支援。在劲弓强弩，分番迭射下，硬是将金兵攻势压退。
黄昏来临宋军伤亡近半，幸好城门都没被攻破。金军伤亡更多，知难而退开始休整。经过清点此战险胜，不仅杀伤了大量敌兵，还有两名金环贵将被神臂弓射死在了城下。宋军兴奋不已，所有的苦难与悲痛都因此被抛诸脑后了。
赵桓得知更是喜悦，晚间亲临城头带来了酒肉金帛，犒劳所有守城将士，还与他们同餐共食。皇后与宫女连夜制作的衣被等物也被分发到每个士卒手里。见官家亲来慰问，甘苦与共，人人激动得热泪盈眶，争呼万岁。
接下来的日子里，赵桓派出更多信使出城去宣召各州郡迅速率兵勤王。
虽然金军依然没能攻破城门，但守军已是越来越难以支撑，力不从心明显日甚一日，几次都险些破城。张伯奋还组建了“敢死队”，在夜间出击袭扰金兵大营，小有战绩。但知道勤王之师再不来的话，沦陷是迟早的事。这日战斗间隙，张叔夜不得不进宫，将万分危急之形势坦诚相告。
赵桓早急得如热锅上的蚂蚁，问道：“朕已将褒奖爱卿大败金军的檄文，传递告示于各道，好让他们不至于畏敌不前。何以围城至今四日，除卿外无一支勤王师到来？难道求援的没能出得去一人吗？”
张叔夜道：“臣也不知何故，哪怕是出去一个就天下皆知了。如再无援军的话，京城就真的破在旦夕了！”
“怕是我猜的没错，救兵大多掌握在蔡党手里，难怪会见死不救！”赵桓黯然坐下，引袖拭了拭眼角，一脸凄恻之色道：“朕打算将所有宫中禁卫都派给你，还可以组织起十万民夫壮丁，分发兵器让他们助你守城。爱卿最多还能支持几日？”
张叔夜道：“那些百姓都是乌合之众，摇旗呐喊尚可，如临阵对敌必无大用。老臣至多只能再支撑三日了，这期间无援军到，只能以死报国了！”说完不禁伏地啜泣。
赵桓痿然倒在椅上，叹息道：“卿先退下吧，容我再想想有无其它良策。”