因城东城南有护河，城内重点防御面为西北，军中老弱皆遣往城东南观看。这里的城墙依山而建，适合防御；城西北有壮士把守，耿恭指挥中心设在城西北角的高台上，指挥战斗，观察敌情。这里的视野让驿站人可以沿着天山北侧的前山一路眺望东天山，接收远处的篝火信号。北面可以看到山北的平原地区，视野开阔。为了得到附近友军的支援，城墙北面有一个马面，可以通往山脚下的平原绿洲。简单的绳索和柳编篮子可以放在这堵墙上，以方便使者和援军进城。同时，还有简单的水桶或篮子，方便士兵打水。
五月到达疏勒城后，小分队以此为据点，继续在城外与匈奴兵对峙。虽然城内人数远不及城外2万人，但由于战场战线狭小，少数步兵长期依靠城墙对付大队的敌人。汉军躲在楼后，在城下投弩射匈奴；面对敌人烧毁城门和城楼的企图，汉军投掷土块将其摧毁；少数通过简易梯子入城的敌人也在手战中被一一消灭，没有占到明显优势。
由于对方缺乏有效的破城手段，也因为疏勒城比较坚固，所以匈奴人一直没有破城，在顽强坚持到7月之时，耿恭组织了一批先登之士，趁着黄昏或者夜色出城杀敌，他们趁着敌人感到疲惫的时候突然出城，击鼓鸣钲，用环刀和枪戟与敌人短兵相接，将城下的围城者阵型冲散，这场面让匈奴兵一度混乱不堪；而出城者则浑水摸鱼，趁机收集对方的奶制品、畜肉和马匹回城。由于城堡规模较小，而且没有足够的水源草料养大量战马，所以缺乏骑兵的守军也没有追出太久。
停水和取水
发现汉军可以在夜间或黄昏时不断从河中取水，保持了高昂的士气。因此，匈奴派兵到河的上游切断水源，从而使汉军屈服。这个残忍的小把戏立刻让城堡里的水耗光了:在消耗了几天储存的冰块后，由于空上没有沉淀，士兵们报出了自己的袋装水，同伴们互相喝着人畜尿。最后，他们开发了用马粪挤压液体的方法，马粪被简单地过滤后引用。耿恭等人在城里煞费苦心，挖了15尺的地，最后经过一番神秘的祭拜才得到了水，这才缓解了士兵们的疲劳。
与李广利前面的典故类似，奇台县和吉木萨尔所在的地区属于玛纳斯湖流域。在地质时期，玛纳斯湖地区有一个巨大的湖泊群。疏勒城堡所在的山前冲击带位于地下水丰富的储集区。疏勒这个词在母语中是“多水”的意思；历史记载时期，玛纳斯河径流变化具有夏季大、冬季小的特点。这是因为当地河流的水源——融水和雪山的雨水每年7月份最多，部分水源渗入到了山下的岩隙中，正是当时汉军最缺水的时候。
所以经过不懈的挖掘，汉兵获得了水源。遗址中心有一处直径５ｍ的深坑，这里可能就是当年耿恭带兵挖井取出还带着泥浆的水的地方，此地至今依旧有略为茂盛的地表植被，说明此地距离地下水的位置可能较近。汉军将水泼给城外的匈奴人看，表示自己得到了天助，只要天不塌地不陷，我们就坚守到死。
看到汉军有水，在城门断水的匈奴人找不到足够的水来养活自己和马匹。他们没有耐心挖这块地。经过侮辱和暴怒，按照他们自己的传统，他们仍然把绑着马蹄铁的马放在疏勒城的下摆。这是他们的巫术，诅咒敌人的失败，然后走了。
用火烤使者，吃人
这一轮击退敌人的围攻后，汉军出城疏通战壕，掩埋了对方的尸体，防止战争死难者的遗骸污染战场，并清理了对方在城下留下的纵向火柴。现在，城墙西、北城墙遗址上的火痕，可能是匈奴在攻城时留下的。为了防备敌人的进一步逼近，汉兵们不忘挖陷阱，设置吊钟绳，并整理出干地上的“天堂田”——沙子可以用来判断敌方骑兵的脚印。一队队的汉族士兵也骑马出城去采集可食用的水果和蔬菜，或者打猎去获得一些动物和补充肉类。但由于附近匈奴人数众多，当地人开始偏向胡人，所以这些采集大多收效有限，双方加固城墙，清理荒野，增加了战场附近的荒芜程度。
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