三日后，田丰下令撤西门一千兵士由周仓率领围住北门，围三阙一。三面同时进攻，牵制住城楼守军的注意力，两边各派一千士兵由地道入城，攻其不备。
太史慈亲率士卒由东门地道入城。在攻城战进行的如火如荼时从城中突然杀出，先破东门，引兵入城。南门也很快被攻破。双方在城中展开巷战，由于城中房屋错落，地势并不开阔，匈奴骑兵失去优势，双方激战两天，匈奴节节败退。见汉军入城，又高歌猛进，城内百姓纷纷接竿参与到汉军的战斗和后勒补给中。
连战五天，去卑无奈率余兵一万七千余，向西逃出云中城。
云中平定，可北路军也损伤惨重，死伤近八千人马，余下九千人不到，只好就地休整，暂不西进。