契苾何力罵戰失敗之後，唐軍再沒有派人去挑釁，而是連夜砍伐樹木，加速製造攻城器械。整整一個夜晚，斧頭錘子的叮噹聲幾乎就沒停過。突厥人雖然人數佔優，也沒有趁夜前來偷襲，雙方嚴加提防，不過卻是一個相安無事的夜晚。
次日天亮之後，城頭上的突厥人驚訝的發現，碎葉城附近的樹木已經被唐軍砍伐了大半。而在唐軍的營寨前，已經整齊的矗立了不少攻城利器，僅僅拋石機就不下五十架。其他衝車、攻城車等應有盡有，看上去十分壯觀。
前來巡城的阿史那思贇見到這麼多的攻城利器，也是大吃一驚，沒想到唐軍出征竟然還帶着工匠！阿史那思贇知道唐軍用過飯之後肯定就會攻城，趕緊四處巡查了一圈。見到城頭準備十分充足，阿史那思贇十分滿意，前去向乙毗咄陸稟報。
乙毗咄陸深知唐軍攻城器械的厲害，聽說之後趕緊趕到城頭觀看，只看了一眼就驚呼道：“唐軍一晚上就能造出這麼多東西？真是太可怕了！可是碎葉城必須堅守，否則的話唐軍就會直達怛羅斯城下！我大突厥勇士本來就不擅長防禦，這次只怕……”
“汗兄不必太過憂慮！臣弟知道碎葉城必須堅守，因此曾經請教過幾個大唐人如何守城，早就做好了準備。”
“哦？說來聽聽！”乙毗咄陸看了一眼城頭上亂七八糟的各種東西，十分有興趣的詢問。
阿史那思贇指着城頭道：“汗兄請看，城頭上不但堆積滿了檑木滾石，而且還準備好了幾百口大鍋，隨時可以將熱油傾倒下去。我還令人在城中收集各種網，覆蓋在城頭的草袋之上，以便減輕唐軍拋石機的威脅。”
乙毗咄陸將信將疑：“確定沒問題？”
“汗兄放心，絕對沒什麼問題！除此之外，碎葉城中的糧草足夠我軍使用半年，而唐軍不遠千里而來，糧草肯定會後繼不足！我軍只需堅守，靜待歐麥爾援軍前來就是。即使歐麥爾不來，唐軍糧盡也會退兵，到時候再趁勢追擊，一舉扭轉局勢！”
“但願如此！如果歐麥爾派兵前來，十天之內就可以到達。那麼守城的事情就交給你了！哈哈，想來真是可笑！”
“可笑？”阿史那思贇大惑不解，“汗兄指的是什麼？”
“歷來都是中原人守城，沒想到如今倒過來了！”
“哦？哈哈，確實有點可笑。”
見到準備充分，乙毗咄陸和阿史那思贇說笑一陣之後，就離開了城頭。阿史那思贇則一直在城頭巡邏，防備唐軍隨時而來的進攻。
唐軍大營裡，程知節等人正在商議進攻哪座城門，碎葉城北邊依山而建，所以可以進攻的城門其實只有三面。經過一番討論之後，大家認爲南門城牆相對比較低矮，決定從就從那裡發起主攻。契苾何力以昨天‘罵戰’失敗爲由，成功的從張煥手中搶到了主攻位置。
辰時，隨着隆隆的戰鼓聲，唐軍開始集結，將各種攻城器械推到碎葉城下。東西兩門僅僅只有十架拋石機，衝車和活動箭塔各兩座，以及雲梯幾十架，其他的攻城器械一股腦全部調到了南門附近。契苾何力帶着右威衛數萬人也開始向南門集結，張煥則帶着左武衛在東門佯攻，若是機會到來，也會強行攻城。至於從焉耆和龜茲徵召的士卒，唐軍從來就沒指望過，一路上基本都在幫着搬運糧草，此時也被程知節親自率領，連同一萬多唐軍精銳在西門處搖旗吶喊。
唐軍鼓聲剛起，城頭上的阿史那思贇就下令全軍準備迎敵。看着唐軍有條不紊的佈置攻城器械，好像絲毫不將城上的突厥人看在眼裡，阿史那思贇一陣氣結，重重的呼吸了幾口氣，將派兵出城的念頭按捺了下去。
雖然聽說過唐軍攻城器械厲害，不過碎葉城中的突厥人一直都留守在怛羅斯城附近，因此並沒有親眼見識過。因此當唐軍拋石機僅僅開始校正發射時，呼嘯着落在城外的大石頭就將突厥人嚇了一大跳。隨着大石頭逐漸向城牆附近落下，來不及躲閃的突厥人直接被砸成齏粉，叫都來不及叫一聲。大石頭砸在地面上，發出砰砰的巨大聲響，更是讓突厥人驚懼不已，不少人驚慌失措的四處躲避。與此同時唐軍數千弓箭手也開始放箭，被大石頭砸死的突厥人並不多，很多人缺失在躲避的時候被亂箭射死。
城頭一片慌亂間，三千餘唐軍在拋石機和弓箭掩護下，推着衝車，扛着雲梯開始了第一次試探進攻。
“不要慌亂！唐軍拋石機只是聲勢浩大罷了，速速支起盾牌，抵擋箭矢！胡亂逃竄者，軍法從事！”阿史那思贇見唐軍已經開始了進攻，趕緊大聲呵斥手下準備迎敵。
契苾何力爬上高高的活動箭塔，親自指揮拋石機和弓箭手掩護進攻。唐軍衝車到了百步開外，緩過神來的突厥人也開始向推着衝車的唐軍放箭。唐軍早有準備，紛紛支起盾牌遮擋，開始加速向城門衝過去，扛着雲梯的千多人也開始向着城牆快跑起來。
一聲巨響中，衝車重重的撞擊在了城門上。撞擊的一剎那，不但城門重重的搖晃了一下，就連城牆也顫抖了一下，厚厚的灰塵撲簌簌的飄散下來。灰塵很快就飄散，推着衝車的唐軍驚訝的發現，不但城牆半個裂縫都沒有，就連城門也絲毫未損，唐軍的歡呼聲一下子停頓下來。原來碎葉城北邊就是石山，當初建城的時候，採用了大量的上好石料，就連城門也是兩塊大青石所造，十分的堅固。而且阿史那思贇還將城門進行了加固，因此聲勢浩大的撞擊絲毫沒有起什麼作用。
就在推着衝車的唐軍準備撤退時，城頭上的突厥人開始向下投擲檑木滾石，還將滾燙的熱油向下拋灑。唐軍躲閃不及，一下子就被砸死砸傷數十人，被熱油從頭淋下的，更是發出撕心裂肺的慘叫聲。突厥人見衝車上灑滿了熱油，迅速向下發射火箭，熊熊烈火很快就將衝車吞沒，城門外幾丈之地瞬間烈焰沖天。
唐軍趕緊放棄，一邊躲避突厥人的箭矢一邊迅速撤退。這時扛着雲梯的唐軍也已經衝了上來，七手八腳將雲梯搭上城頭，開始向上攀爬。城頭的突厥人停止放箭，紛紛搬起檑木滾石向下猛砸，不時有唐軍被砸中，從雲梯上一頭栽倒地上，摔得血肉模糊。有的突厥人抄起巨大的木叉，硬生生將雲梯掀翻，正在雲梯上的唐軍幾乎無一倖免。由於擔心誤傷，唐軍也停止了拋石和放箭，只是高聲吶喊助威。
雖然唐軍十分英勇，然而突厥人準備十分充分，這次試探性進攻很快就以失敗告終，竟然沒有一人攀上城牆。契苾何力見事不可爲，只好無奈的下令撤退，準備下一次進攻。
契苾何力進攻受挫，張煥所部在東門的佯攻也毫無戰果。突厥人嚴陣以待，沒有給張煥任何機會，還白白損失了十幾架雲梯和數百將士。張煥一邊下令繼續佯攻，一邊開始沉思能否有新的辦法，然而面對堅固的城門和城牆，張煥即使苦苦思索也無計可施。
稍稍休整之後，契苾何力大喝着鼓舞士氣，準備再次向城牆發起衝擊。這次契苾何力發了狠，命令拋石機將儲存的大石頭全部砸向城頭。砰砰的巨響聲足足響了半個時辰，城頭上亂七八糟的散落着石塊，突厥人也被砸死砸傷數百，可惜的是城牆仍舊巍然不動。
大石塊拋完之後，契苾何力再次下令衝擊。這次的進攻套路和前次如出一則，在弓箭手的掩護下，唐軍再次扛着雲梯發起了衝鋒，不同的是這次契苾何力足足派出了兩千人衝鋒。
在付出不小的傷亡之後，終於有數十人攀上了城頭，可惜的是後面的人沒有及時跟上，這數十人多半被突厥人亂刀砍死，想要跳下城牆的也都摔了個粉身碎骨。在後觀戰的契苾何力還沒來得及高興，歡呼聲就變成了惋惜聲。
眼看兩次不但進攻毫無成果還損兵折將，契苾何力怒不可遏，若非左右苦苦攔着，他自己都要扛着雲梯衝鋒了。在契苾何力的連番命令之下，唐軍接連發起衝鋒，可惜每次都被碎葉城堅固的城牆阻擋，徒增了不少傷亡。
程知節聽說進攻不順，也趕來南門觀看。觀看一陣之後，程知節見進攻屢屢受挫，情急之下命令將東門的焉耆和龜茲士卒調過來，充當炮灰上前衝鋒。張煥得知後吃了一驚，焉耆和龜茲在計劃中，是大唐對待少數民族的樣板，怎能輕易讓他們去做炮灰，趕緊飛馬過來阻止。張煥找到程知節和契苾何力，不得已之下只好將有些內情告訴了他倆。得知內情之後，程知節下令將傷亡了二千多人的焉耆和龜茲士卒撤了下來，繼續由契苾何力的右威衛發起進攻。知道是張煥讓他們撤下來的，焉耆和龜茲的士卒齊聲向着張煥歡呼，對他感激涕零，張煥也好言撫慰一番，仍舊讓他們去東門外防禦。
契苾何力憋了一肚子火，親自擂鼓督促手下繼續進攻。
整整一個上午，唐軍都在不間斷向城牆發起衝擊，可惜多次衝上城頭都被驅趕下來。太陽當空的時候，契苾何力無可奈何的下達了暫停進攻的號令。撤退下來清點人數，竟然傷亡接近二千人，右威衛總共纔不到四萬人，照這個速度下去，幾天就會拼光了！
雖然攻城的時候攻方傷亡會數倍於防守方，但是見到這麼多的傷亡，契苾何力也有些吃不消了。下午再次傷亡了近千人之後，契苾何力再也坐不住了，下令停止進攻，將程知節和張煥請過來商議對策。
面對這座堅城，強攻似乎已經不可爲，只能是想法子智取了。然而突厥人經營西域多年，碎葉城中的百姓更是心向突厥人，想要潛入城中做手腳也是不可能的。唐軍又對城中的具體情況知之甚少，討論了許久，還是決定誘敵出城交戰。
然而經過執失突利和骨洛思全軍覆沒的教訓之後，無論唐軍如何挑釁，甚至裝作敗退撤兵的跡象，阿史那思贇始終不爲所動，一直堅守不出。
唐軍白白忙活了兩天，在伊塞克湖畔設下了伏擊圈，卻沒等到一個突厥人。無奈之下，程知節下令大軍返回，繼續包圍碎葉城，同時又發起了多次強攻，可惜都無功而果。
在碎葉城下折騰了足足六七天，唐軍一無所獲，糧草已經所剩無幾。唐軍高昂的士氣開始低落，形勢已經變得嚴峻起來。
兩天後，進攻仍舊毫無起色，而且還得到一條十分不利的消息。程知節得知這個消息後大吃一驚，趕緊召集衆將商議是否撤兵。