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揆一拒绝投降，妄图以年贡白银十万两为条件，诱使郑军撤出台湾。郑成功严辞拒绝，督师围攻热兰遮城。因荷军城坚炮利，一时难以攻下，郑成功便派马信率兵围困热兰遮城，令其余将士分散各地屯垦。
五月初二日，郑军六镇援军抵达台湾，统船二十艘，将士六千余人。郑成功遂以主力驻扎大员，在所有通向城堡的街道筑起栅栏，并挖了一道壕沟，加强对热兰遮城的围困。
却说荷军战舰逃往巴达维亚报信后，荷兰东印度公司任命雅克布考乌为指挥官，统领十二艘舰船，七百二十五名官兵，于六月初十日出发，七月十八日到达台湾海峡。一个月之后，荷军派遣五艘战舰在热兰遮城附近海面碇泊。其中一艘战舰触礁沉没，舰上士兵被郑军俘虏。二十一日，荷军海陆联合进攻郑军。激战半个时辰，郑军击毁荷舰两艘，俘获小艇三艘，消灭艇长一人、尉官一人、护旗军曹一人和一百二十八名士兵，荷军其余舰船逃往巴达维亚。出城进攻的荷军亦被打得打败，狼狈逃回热兰遮城。
城中粮食匮乏，土气低落，疾病流行，死者已达一千六百多人。郑军则架设巨炮攻城，还断绝了荷军的水源。十月五日，揆一与福建清军联络，妄图攻袭厦门未果。城内荷军处境更加困难，多有士兵出城投降。郑成功因而了解到荷军城防详情，便从船上卸下二十八门大炮，增建三座炮台。
十二月初六日清晨，郑成功下令炮轰乌特利支堡。将士们点燃引线后，炮声接连响起，实心铁炮弹飞过天空，击在城墙上，不多时便打开了缺口。郑军从缺口冲入城内，消灭了荷军，占领了城堡。郑成功下令把火炮搬入城中，架在城墙上，居高临下地向热兰遮城发炮轰击。有的炮弹打穿屋顶，有的炮弹飞入街道，打得荷兰人血肉模糊，城里顿时人心惶惶。揆一见败局已定，慌忙指派评议会出面同郑成功谈判投降事宜。十三日，揆一签字投降，接着率残部近九百人，只携带私人物品和途中必需物品，分乘八艘舰船撤离台湾。
荷兰人