当夜，有数百支箭射进城中，散发劝降书。皮尔马哈麻虽然尽力收缴，但还是有许多劝降书被城中人收了起来。
第二日一早，尚炳再次下令攻城。各个塞人大部族的将士驱赶着小部族的人向前行进，若是有脚步稍慢些的就挥舞着棒子殴打，后面还跟着许多人手持长矛向前。在这种情形下，小部族的人即使再不愿意，也只能向前冲锋。
城头的西虏马上开始向城下扔守城器械。可他们刚扔了两轮就听到从前方传来的尖啸声，抬头一看就见到许多炮弹正划过抛物线的顶点向城头飞来。
许多人还没来得及躲，炮弹就已经落在城头。因这次集中了所有大炮开炮，发射出的炮弹很密集，他们顿时伤亡许多，很多人下意识就躲。
尚炳随即下令弓箭手靠近城头，向城上射箭压制敌军，侥幸躲过刚才炮击的人又接受了一轮箭雨。
不少人马上就起了退缩之意，不敢靠近城头，向后退去；幸好皮尔马哈麻马上发现这一情形，下令督战队砍杀后退的将士，又将预备队派上去与他们并肩作战，才让他们重新奋力与明军搏杀。
但就在这短短的时间内，明军已经将数座云梯搭在城头上，还有很多人顺着云梯攀爬到了离城头很近的地方。被强迫攻城的小部族塞人心知退后也是死，反而向前如果能夺下撒马尔罕城可以活命，所以也奋力作战。
眼看明军要攻上城头，皮尔马哈麻不得不再次派出刚刚退下来的预备队。经过一番血腥搏杀，总算把即将登上城头的明军全都消灭或打退。
时间很快就到了午时。尚炳下令所有将士撤退回来吃饭，待他们吃完饭后马上又开始攻城。
但这次攻城之人发生了变化：这一次尚炳投入了从伊吾周围征召而来的东方蛮夷。因一路上尚炳一直在向他们宣扬攻破撒马尔罕城后定居在这附近的好处，再加上厚赏，这些蛮夷此时也迸发出十分的干劲，猛烈攻城；城外的大炮也开始轰鸣，为他们提供掩护。
城头守兵多半因为昨晚劝降信的缘故战斗意志不强士气不高，皮尔马哈麻留下的预备队只能再次前往城头支援，一次次的同明军作战。随着情形越来越不好，皮尔马哈麻焦急之下将亲卫队都派了出去，同攻城的明军交战。同一时刻能攀爬云梯攻城的明军将士人数毕竟有限，而皮尔马哈麻手下的亲卫竭尽全力与明军交战，再加上冬天天黑得早，到太阳即将落下之时竟然成功阻止了所有想登上城头的明军登城。
尚炳的脸色随着城头情形的变化也是一变再变。一开始时脸上露着笑容，和宋晟谈论起打下撒马尔罕城后如何治理；但连续几轮将士们都没能攻上城头后脸色就变得严肃起来；最后一直到时进天黑还没能打下城池，他的脸色彻底变得不好看了。
“传孤的命令，点起火把，全军挑灯夜战，一定要再今夜打下撒马尔罕城！”尚炳大声吩咐道。
朱恒实等将领也都支持他的决定。他们好不容易将守城将士的守城器械消耗的差不多，若是现在停手，晚上他们一定会搜集守城器械，就功亏一篑了。
很快，在天全黑下来以前一支支火把被点亮，从城头撤下来的人被赶到一旁，新一批将士开始攀爬城头，然后又是周而复始。
皮尔马哈麻不知自己究竟应对了明军几次攻城，他根本没空看刻漏，自从天黑下来后已经完全失去了时间的概念。
他这几日一直非常紧张，夜晚也休息不好，昨晚上更是一夜没睡，此时脑袋昏昏沉沉的，几乎就是凭借本能指挥守城，听到哪里传来惊慌的呼喊声就派出预备队和亲卫队去救援，将明军打下去后又让他们后撤休息，随时准备支援其它地方。由于激烈的搏杀，救火队的人数也越来越少。
又过了许久，月亮已经升到天空中的最高处，尚炳见城头上的西虏抵抗越来越微弱，人数也越来越少，尤其救火队的人已经所剩无几，于是派出汉人卫所将士攻城。这一次，西虏守兵在他们攻上来后全军溃败，将城头拱手让于明军。
尚炳见状大喜，马上下令其它各部都从这里登城。随着登上城头的明军越来越多，本来就因劝降信儿有所动摇的西虏将手上的兵器扔到地上，双手高举用花拉子模语或蒙古话大声喊道：“我愿意投降。”
随着大多数西虏跪地投降，所有大明将士都大声欢呼起来：“攻破了，撒马尔罕城被攻破了！”“万岁！万岁！”