沈隆沒有給曹真留下喘息之機，等護城河剛被填平，就馬上指揮大軍發起了猛攻，雲梯、衝車等器械一擁而上，在投石機和牀弩的保護下向宛城攻去。
曹真見此再也顧不得投石機和牀弩的威脅，馬上命令曹魏士兵上城防禦，同時命令準備好滾木礌石、火油等來對付蜀軍的衝車、雲梯。
然則在大軍還未抵達魏軍射程之前，牀弩卻突然調低了射擊角度，對着城牆猛射起來，剛開始的時候曹真還有點摸不清楚頭腦，難道沈隆腦子發暈了，竟然奢望用弩箭射穿宛城的城牆麼？但是等他冒險往城牆下方一看，頓時驚呆了。
只見牀弩齊射的時候，成排成行的踏橛箭牢牢地釘入城牆，攻城兵士完全可以藉此攀緣而上，曹真這才明白沈隆的目的，於是趕緊下令用滾木礌石砸斷那些插在城牆上的箭矢。
然而已經來不及了，這些士兵剛舉起滾木礌石，牀弩就迅速調轉目標，對城頭展開射擊，牀弩的精度可是比投石機靠譜多了，許多曹魏士卒都被巨大的箭矢射穿，剛舉起的滾木礌石不僅沒有砸斷插在城牆上的箭矢，反倒誤傷了許多友軍的性命，再加上不幸被石彈砸中的士兵，宛城城頭頓時哀聲一片。
此時，蜀漢大軍已經到了城下，關興、張苞、關索、馬岱、趙廣、趙統、鄧艾等將紛紛親率兵馬開始攻城，他們或是推着衝車用巨大的攻城錘衝擊宛城的城門，或是順着雲梯爬向城頭，還有那武藝膽氣過人的，就直接順着插在牆上的箭矢攀援而上。
以前士兵守城，只需要留意雲梯等即可，而現在，城牆上到處都是攀援而上的士兵，倉促之間他們根本不知道該如何應對纔好，更何況還有投石機和牀弩的巨大威脅，魏軍頓時陷入慌亂之中，縱使曹真連斬數人也無法挽回。
趙統第一個殺上城頭，隨即護住了身後的通道，揮舞寶劍將曹魏士兵擋開，其後不斷有士兵順着他開拓出來的道路爬上城頭，然後趙統從曹魏士兵手中奪過一支長槍揮舞起來，頓時就有數名曹魏士兵倒在了他的槍下。
然後馬岱也不甘其後衝上城頭，徐晃見了趕緊迎上，倆人戰成一團，有了徐晃的牽制，周圍的曹魏士兵趕緊冒險丟下滾木礌石，暫時延緩了此處的漏洞；然而很快那邊鄧艾又爬上城頭，堵住了這邊卻堵不住那邊，眼看着城頭的蜀軍已經越來越多了。
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城下守軍隨機應變，迅速從幾個突破口魚貫而入，逐漸佔據了一小段一小段的城牆，而曹魏士兵也順着臺階不斷上城增援，雙方在城頭展開血戰。
爲了避免誤傷，投石機又向前移動了不少，專注於攻擊魏軍後方，但井闌可不受這個干擾，他們依舊可以精準地對城頭魏軍展開攻擊，而且那些站在井闌上方的弓弩手也可以居高臨下對城頭守軍進行射擊，給魏軍造成了巨大的殺傷。
“大都督，城頭守不住了，我們還是趕緊退走吧！”郭淮帶着一身鮮血殺到曹真身邊，“爲今之計還是以保存兵力爲上，趁着北門還沒有被蜀軍圍住，咱們還是早點退出城去吧！”
“陛下以我爲大都督，總管汝南、南陽軍務事，城中兵多將廣、又有如此堅城，我方纔守了旬月功夫，就要被沈隆強攻拿下，如此還有何面目去見陛下啊！”曹真雙眼通紅，牙齒咯吱作響，顯然已經憤怒、羞愧到了極點。
“大都督，勝敗乃是兵家常事，就算丟了宛城也非必敗之局，收攏兵力及時撤走，再尋機報仇也不遲啊！”郭淮可謂是心急如焚，眼下可不是愚忠的時候，他急聲呼道，“大都督，爲了城中十萬士卒，還請早下決斷！”
曹真畢竟是久戰宿將，此前也不是沒失敗過，在郭淮的呼喊聲中，他終於醒悟過來，連忙帶着王雙等人一邊收攏軍隊，一邊撤下城頭，然後收拾兵馬從北門逃出城去，臨走之前還沒忘了給城中糧倉放一把火，免得這些糧食便宜了蜀漢。
然而不知道天命在漢還是機緣巧合，他們剛剛出城不遠，天氣突然爲之一變，竟然下起雨來，雨越下越大，不僅延緩了曹魏大軍逃跑的速度，還直接澆滅了城中的大火，讓曹真剛纔的辛苦成了無用功。
曹真唯有祈禱大雨持續的時間再長些，如此既可以讓城中糧草發黴壞掉，還能沖毀道路遲滯蜀漢大軍北上的速度；可惜他剛冒出這個念頭，瓢潑大雨竟然就這麼停了，搞得好像這場大雨專門就是爲了滅火來的一樣。
城外大營之中，沈隆呵呵一笑，想放火燒糧？問過我沒有？只要有我在這兒，除非是你先用汽油把糧倉給澆透了，不然的話就別想燒完；如今火勢剛起就被大雨澆滅，曹丕徵發了數十萬民夫辛辛苦苦運到宛城，準備供魏軍長期死守所用的糧草就此便宜了沈隆。
“傳令下去，切勿追擊敵軍，以保存糧草爲上。”沈隆吩咐道，這場大雨還是多多少少對糧草造成了一些影響，要及時把那些被雨淋溼了的糧草挑出來重新晾曬，這樣纔不會影響更多的糧草。
至於曹真，想必這一戰已經徹底讓他膽寒，今後已經不足爲慮了。
宛城陷落的消息很快就傳到了洛陽，曹魏上下頓時大驚失色，宛城城高牆厚，城中十萬大軍，又有曹真、文聘、徐晃、夏侯尚這樣的久戰宿將守城，怎麼會這麼快就失陷了呢？