朱然大军埋伏在山谷后不久，朱桓也率领十万大军赶到了徐州城附近。朱桓下令在徐州城外十里地处，找一处合适的地方安营扎寨。
朱桓派出斥候打探徐州城的消息，斥候回报，徐州城早已四个城门紧闭，城头的守军已经严阵以待。城头堆满了各种守城的器具，包括滚石檑木、装满水的大鼎、装满火油的大缸以及各种箭矢。
徐州城的守将夏侯充已经将城内的年轻人征调过来，协助守城。包括搬运滚石檑木上城头，激战时也可以帮忙朝城下扔滚石檑木，以及用沸水泼洒等。
看得出，如果强攻徐州城，就算朱桓大军有十万人，也必将死伤惨重，而徐州城是否能攻下也要两说了。毕竟徐州城内有五十万居民，能参战的年轻人约占一半，也有二十五万左右。
朱恒自然不会去强攻徐州城，因为出发前陆逊已经告诉他，对于智取徐州城自己早有准备，已经派名将周瑜的次子，时任都尉的周胤率二千精兵装扮成百姓，早已混入徐州城内，只等城外发出信号，他们就会攻占南城门，放下吊桥，以便朱恒的兵马顺利进城。
当夜丑时，在一轮弯月的微弱照耀下，徐州城笼罩在一片朦胧的银辉中。夜色如浓稠的墨汁，而月光则像稀释后的淡墨，斑驳地洒落在城墙上，形成一片片斑驳的光影。城外偶尔掠过的微风，带起一片寂寥的尘埃。
朱恒下令全军马裹蹄，人衔枚，悄无声息地向徐州城前行。队伍在夜色下如同一条黑色的巨蛇，悄无声息地游动着。
来到徐州城的南城门下，此刻的徐州城，如同沉睡的巨兽，静谧而威严。朱恒悄悄地下令，弓箭手瞄准城头，严阵以待，随时准备射杀城头的守军。
然后下令侦骑找到最近的一个山头，按照约定，找来干柴，搭起一个柴堆，然后点燃了火堆。
城内的周胤见到城外燃烧的火堆后，明白城外接应的大军已经来到。周胤立刻派人召集城内装扮成百姓的二千士卒，悄悄地摸向南城门。他们的行动无声无息，仿佛连风都为之屏息。
来到南城门外，此时夜已深，守城的军士有些在打盹，有些感觉有点犯困，正在打哈欠。
周胤见状心中暗喜，他紧握着手中的长剑，心中充满了必胜的信念。身后的士卒们也都屏息凝神，只等待那雷霆万钧的一击到来。
只见周胤转身，用手在脖子前一比划，士卒们纷纷点头示意，然后按照之前商议好的方案，一千人分成左右两队，悄悄地摸到南城门处，负责解决南城门的守军。
另外一千人也分成左右两队，悄悄地摸上城头，负责解决南城门附近城头的守军。
只见周胤的右手举起后一放下，二千士卒瞬间如猛虎下山一般分别向城门和城头发动了突袭。他们手中的刀剑在月光下闪烁着寒光，每一次挥动都伴随着破空之声。
南城门的很多守军还没反应过来就被吴军所杀，剩余的守军，有些全力奔逃，被追上的吴军士卒砍杀。有些拼死抵抗，但寡不敌众，也被杀死。很快南城门的守军被消灭殆尽。
而城头的守军也被这突如其来的攻击弄得措手不及，他们慌乱地拿起弓箭，射出箭矢，但大多被冲上城头的吴军将士用兵器格挡开。
顺利冲上城头的吴军将士与城头的守军展开了残酷无比的近身肉搏战。周胤下令少部分士卒负责打开南城门，放下吊桥，而自己亲率剩余的大部分士卒登上城头，加入肉搏战中。
南城门一打开，吊桥一放下，城外的吴军如同潮水般涌入了城内。按照之前商议的方案，顺着各个街道，迅速占领城内各重要的地方。
南城门城头的守军很快被冲入的吴军包围并消灭殆尽。
夏侯充的府邸。
魏军主将夏侯充原本正沉浸在深沉的梦境中。然而，这宁静的夜晚突然被一阵急促而激烈的喊杀声打破，那声音仿佛是从遥远的城头方向传来，却清晰而刺耳，犹如一道惊雷，瞬间将夏侯充从梦中惊醒。
夏侯充猛地坐起身来，眸子中闪过一丝惊愕与疑惑。他马上意识到不妙，急忙跳下床榻，匆忙披挂起战甲，系紧腰带，冲出卧房，提枪上马。
此时，城内的喊杀声越来越响，越来越近，仿佛有无数的敌人正在向这里逼近。夏侯充的眉头紧锁，他迅速召集亲卫队，准备应战。
然而，当他的亲卫们匆匆赶到时，带来的却是令人震惊的消息，吴军已经偷袭并攻占了南城门，城外朱恒的十万人马已经进城，正朝着夏侯充的府邸逼来。
夏侯充的脸上露出了愤怒和懊悔的神色，他深知此时已经来不及组织有效的抵抗了。他迅速下令全军向北城门撤退，准备逃离这座已经失守的徐州城。
溃败过来的魏军士卒们跟随着夏侯充向北城门方向逃去。
夜色中，北城门在月光的映照下迅速被打开，吊桥也放下了，夏侯充率领着残兵败将，仓皇地逃出城门，向着青州城方向逃去。他们的身影在月光下拉得很长，仿佛是被这场突如其来的袭击拖累所致。
此战，朱恒以战死一千余人的微弱代价占领了徐州城，而夏侯充战死五千余人，投降五千余人，剩余的一万人左右跟随着夏侯充匆忙逃出了徐州城，直奔青州城而去。