江户忠通见上杉军兵力强悍，自知难以抗衡，只好在收拢败军后，固守在本据水户城不出，意图依托坚固的城防来拖延时间。

可上杉定虎本就是东国少有的名将，自然不会给江户家任何喘息的机会，她在率军包围水户城后就立即开展轮番猛攻。

由于水户城位于那珂川以南、千波湖以北，还是连郭式的绳张。即本丸、二之丸、三之丸、西之丸（下之丸）、出丸等设施并列配置的建筑方式。正面防御得到加强，但本丸的侧面和后面的防御却相对薄弱了。

好在水户城南北被那珂川和千波湖包夹着，所以并不用担心被四面围攻，只需要加强东面和西面的防御即可。

然而，这只是局限于纯冷兵器交锋的情况下。

此时的上杉军已经装备了大量的铁炮、大铁炮，甚至还有少量的佛郎机炮。

于是，上杉定虎就对己方参阵诸将做出了以下分配:

佐竹义昭、水谷正村、真壁宗干、土岐赖艺、土岐卜仙、小田氏治、笠间时广、野口光晴、金子为广等常陆诸将负责攻打水户城最西端的西之丸；

长野业正、加地春纲、金津义旧、仓贺野尚行、和田业繁、浦野重成、小幡景定、高山重俊、斋藤宪广等上野诸将负责攻打最东端的三之丸；

三田纲秀、大石定久、成田长泰三部负责收集船只，在水户城北面的那珂川进行佯攻；

安保泰广、山上氏秀、广田直繁三部负责收集船只，在水户城南面的千波湖进行佯攻；

其实，上杉定虎也用不着安排主攻、佯攻。此时的上杉军，算上常陆诸将的军势，兵力已经达到了九万五千余众。

就算挤，也能把固守在水户城里的江户军全挤死。

在上杉定虎的一声令下，上杉军各部就争先恐后的对水户城发起了攻击。有了佛郎机炮的助力下，水户城的大手门更是仅仅支撑了不到半刻钟就被轰开。

还没等水户城的守军堵上大手门的缺口，上杉军就如同黑色潮水一般突破了大手门，并大量涌入了水户城之中，将三之丸的江户军杀得是四下逃散。小幡彦定、谷田部雅胤等数名江户家重臣也在混战之中先后被上杉军讨取。

而水户城的二之丸也没能支撑多久，尽管守将春秋通式率部拼死抵抗，依然无力扭转不利于江户家的战局。

最后，春秋通式所部的三百余军势尽数被讨取，二之丸也随之陷落。