率领汉军担任佯攻的是第一军团的两员偏将史涣和王威。他们抵达武城以南十里处扎下营寨，稍事休整以后，连夜开到了武城城外。汉军虽然只有五万人，开到武城城下的也不过两万人，却人手两三支火把。武城守将吕旷从城头上望下去，只见城下一片全是火光，看样子足有十万之众。吕旷不敢出战，命人紧闭城门，同时燃起烽火，向邺城告急。
汉军并没有立即攻城，而是按部就班地组装起各种攻城器械来。这一回刘欣是下了血本，尽管是佯攻，还是将投石机、云梯这样的重型器械都派了过来。
此时，袁绍也爬上了邺城城头，看着武城方向缓缓升起的烽火，心中焦急，却不敢派出援兵。因为根据哨探的回报，这支汉军足有二十万之众，派兵出城无异于自寻死路。但他也不肯放弃武城，毕竟那里是邺城的门户。思虑再三，袁绍派了两名信使前往武城，下令吕旷死守待援。
大概是担心腹背受敌，汉军只围住了武城的东、南、西三面，而放开了北面，袁绍的信使倒是毫不费力便进了武城。吕旷见自家的信使来去自如，也是信心大增，让信使回复袁绍，发誓城在人在，城亡人亡，并且献上一计，希望袁绍在后天派兵进入武城，待黎阳的援军到来时，再给汉军来个里外夹击。武城城中的兵力毕竟只有一万，要想里外夹击，实在是心有余而力不足。
信使离开不久，城外便传来了“轰隆隆”的巨响，汉军开始攻击了。汉军并没有发动冲锋，而是将八十具投石机一字排开，对着武城城头一通乱轰。投石机经过多次改进，现在既打得远，又打得准，每个投石机一次可以抛出十多个石弹。不过现在是夜间，投石机操作手们对自己的攻击效果无法进行评估，也就没有办法进行校正。尽管如此，漫天的石雨还是给守城的袁军造成了巨大的心理压力。
对于投石机这个武器，袁军并不是第一次接触。在持续一年多的那场激战中，曹军也多次使用过投石机，成功地压制住了袁军弓箭的优势。但是曹军的投石机威力还不到汉军投石机的五分之一，射程也要近上许多。
汉军投石机一次齐射可以发射上千枚石弹，如果躲避不及，即使举着盾牌也毫无用处，往往连人带盾牌一起被砸翻。其实，何止是盾牌，许多石弹直接飞过城墙，落在城中的军营里，许多躲在帐篷里的士兵也被砸死砸伤。
汉军的石弹仿佛无穷无尽，发射了一轮又一轮。袁军士兵都心惊胆战地倦缩在墙角，或者躲到了距离最远的北门附近，仍然不时被砸到地上然后又弹起的石块击中。
武城的守军就这样在忐忑不安中挨到天明，汉军的石弹攻击终于停止了。当守军士兵们战战兢兢地从各个隐蔽点爬出来的时候，完全被眼前的景象惊呆了。
一夜的攻击，武城的城墙也变得千疮百孔，城里原本整整齐齐的军营也已经东倒西歪，还不时可以看见被砸得稀烂的尸体。等他们爬上城头，这才发现城外静悄悄的，汉军不知道什么时候已经收兵回营了。
而在邺城东南一百五十里处的内黄，恶战持续了一整夜，仍然没有停歇的迹象。