七月一日，帖木儿指挥大军开始轮番进攻庭州城。
头三天，他只利用一万多被俘的安南人和回鹘人组成炮灰军，进行攻城，试探守军火力虚实，同时借以消耗明军为数不多的弹药。
接下来三天，他又派四万瓦刺军充当优质炮灰，轮流攻城。
七月八日，他又突然换上一万五千名土库曼精锐步兵在三百门驼炮的掩护下攻击庭州城。
帖木儿军的驼炮虽多，但是并不适合仰攻庭州城，火力虽然扑天却不能盖地，响声惊天动地，打在庭州厚实的城墙上跟挠痒痒似的。
帖木儿军进攻了整整一天，并没有达到预想中的山崩地裂、摧枯拉朽效果，反而被城头明军杀伤四千多人，损失大炮三十多门。郭骥这家伙仗自己的大炮精准，专门打帖木儿的炮兵。
坐守孤城庭州的郭骥日子也不好过。
战斗刚打响的时候，郭骥手下只剩下三营老兵，这是守城的核心兵力。加上临时招募的六营新兵和仆固义率领的三千部落义军，总共才七千多人，还不如帖木儿大军的一个零头多。
经过七、八天的连续作战，三营老兵剩下不到一千人，临时招募的三千新兵和三千义军，总共剩下不到四千人，迫击炮弹已经消耗殆尽。
郭骥不得不紧急将三千安南俘虏武装起来，参与守城。
帖木儿军队的大炮虽然精度并不高，但是声势吓人，震耳欲聋的炮声，连绵不绝，给城内军民以巨大的心理压力。
失败情绪迅速笼罩全城，不停有人向郭骥报告令人沮丧的消息：
“将军，新招募的新兵营军心不稳，有两百多人不愿意参与守城。”
“将军，新招募的胡骑义军有一百多人出城投降了。”
“将军，城内的安南俘虏嚷着要回安南。”
“……”
次日，帖木儿通过城内的奸细知道了城内的消息后，果断改变了策略，让傀儡大汗鄂嫩代表自己入城和郭骥谈判，折箭为誓，答应明军只要投降，就可以保全城内五万军民的性命，还可以保全蒙古和回鹘各部的财产。
蒙古人一向以信守承诺着称，折箭为誓是比较庄重的承诺。
城内一些蒙古和回鹘首领听说后，态度进一步发生了动摇，力劝郭骥答应帖木儿的条件。
“定远侯，朝廷到现在还没有派来援军，已经忘记我们了。”
“定远侯，帖木儿倾国来犯，我们再抵抗下去，无异以卵击石，毫无意义。”
“定远侯，求求你给我们部落留下点种子吧……”
七月十日，在城内各部落首领的压力下，大明定远侯郭骥被迫出城，前往蒙古大营，代表明军和鄂嫩继续谈判。
郭骥提出，再给城内明军半个月时间商量投降事宜。他还是企图通过谈判，尽量拖延帖木儿发动总攻的时间，等到朝廷或者辽东派来援军。
帖木儿是谁？那是阅人无数的老狐狸一只。
他一眼就看穿了郭骥的意图，唆使鄂嫩扣留了郭骥，然后趁机再次发动了对庭州城的强攻。
此时庭州城内群龙无首，城内三千安南兵趁机反水，打开城门放帖木儿军入城。
两千蒙古和回鹘义军残部见大势已去，也先后投降。
随着帖木儿潮水般地涌入内城，两千汉军新兵一半被杀，一半投降。天山卫指挥同知陈远庆指挥最后的八百老兵，和帖木儿军展开激烈巷战，杀敌三千余后，全部壮烈殉国。
忠义郡王仆固义虽然心向大明，却无力回天，只好拔刀自刎。
帖木儿虽然最终成功拿下了庭州城，但是也付出了极其惨重的代价，精锐步兵和瓦刺骑兵前后死伤近两万人，如果加上攻取迪化、哈密的损失，他已经损