當天晚上，漢軍終於發動了對建業城的進攻，一百部巨型投石機在三百步外向建業城的東城和西城同時發動猛攻，巨石在天空呼嘯疾飛，巨大的火球劃過黑暗的夜空，彷彿一道閃電球擊中城池，重達五十斤的火油陶罐騰空而起，在空中翻滾，接二連三的砸中建業城牆。
城垛被巨石砸中，瞬間斷裂，碎石橫飛，士兵們躲在城牆根下，不敢抬頭，城頭的一架架投石機被巨石砸中，轟然斷裂，斷裂的巨木重重墜下城去。
但真正可怕的卻是漢軍的火油攻擊，裝滿火油的密封陶罐砸中了城頭，陶罐碎裂，火油流滿一地，隨即被呼嘯飛來的火球點燃，城頭上瞬間燃起熊熊大火，隨著不斷的火油陶罐射來，火勢不斷蔓延，愈加猛烈。
城頭士兵被燒得一片慘叫，無數士兵衝過烈火向城下逃去，但也不少人被濃煙熏到，倒在熊熊燃燒的火油之中，被燒縮成一團。
但漢軍的目標並不僅僅是城頭，更多是城內的目標，建業宮位於城池正北，南面是軍營，東西兩側的建築群則是江東官署，由於城池偏小，官署大多靠近城牆。
而漢軍進攻東西兩面，主要目標正是城內的官署，此時距離城牆較近的官署建築群全部被烈火點燃，大火正迅速蔓延，漸漸吞沒了整個官署群，官署內住著不少官員家眷，在一片恐懼的尖叫聲中，數百官員家眷逃出了官署，在士兵的接引下，向相對安全的建業宮方向撤離。
就在建業城火勢滔天之時，十艘三千石的巨船從長江內沿秦淮水向南推進，逐漸靠近了建業北城，建業城內一片混亂，但呂蒙卻緊張地注視著北城外的動靜，他已經發現了漢軍的真實意圖，那就是利用火油的優勢燒燬城內建築。
東西兩側是官署，已經沒有什麼意義，燒燬也不影響戰局，南面的軍營稍微重要，但也不是非保不可，關鍵是北面，北面是建業宮和倉庫群，一旦建業宮或者倉庫群著火，那建業城就無法再守下去了。
就在這時，有士兵指著城外河中大喊：「將軍快看！」
呂蒙忽然也看見了，夜幕之中，數百步外出現了巨大的船影，正緩緩向建業城駛來，江東軍對於水軍的各種戰術瞭如指掌，如果戰船靠近城池，最有可能就是攻城船，一旦攻城船的高度超過城池，攻上城頭更是輕而易舉。
遠處駛來的戰船體型非常龐大，高度超過四丈，顯然已經高過了城牆，如果它們是攻城船，後果將非常嚴重。
呂蒙當機立斷令道：「放火油燒船！」
他們知道該怎麼對付攻城船，城下立刻有士兵將數千桶火油倒入秦淮水中，火油流出城，緩緩向船隻流去，就在這時，埋伏在城外的漢軍士兵用火把點燃了河中的火油，火油迅速燃燒起來，整個河面上燃燒著一片藍色的火焰。
但河中的火油在流出百餘步後便放緩了速度，轉而流進了旁邊的一條小支流，在城頭看不清楚，但如果走到河邊，就會清晰地看見，河面上數百根巨木連在一起，攔截住了河面上漂流的火油，使它們調頭向另一條小支流流去，根本燒不到漢軍戰船。
這也是漢軍的應對之策，只要把火油引走，江東軍再多火油也燒不到戰船，五艘戰船並列在三百步外，每艘戰船上都安裝有三架巨型投石機，大火球裝在投射兜中，等待著命令下達。
在更遠處的一艘大船上，劉璟負手站在船頭，冷冷地注視著被大火和濃煙籠罩的建業城，大火早已使城頭亂成一團，他完全可以利用這個時候攻城，但他還是希望不戰而屈人之兵，讓孫權自己投降，今晚不過他對建業的一次警告，如果建業城還不肯投降，那就休怪他大火焚城了。
「發射！」劉璟下達了命令。
漢軍士兵點燃了巨大的火球，五艘戰船上的十五架投石機同時發射，十五隻大火球騰空而起，向城內呼嘯著飛去，城頭上一片驚呼，江東士兵們紛紛抬頭望著十幾隻大火球掠過頭頂，向城內飛去，
呂蒙的心都涼了，他看出了漢軍的用意，不是針對倉庫，而針對正北方向的建業宮，漢軍這是在攻擊建業宮。
建業宮並沒有緊靠北城，而是距離北城牆兩百餘步，漢軍顯然很瞭解城內的結構，他們十五隻大火球彈性極好，在落地後再次彈起，直射入建業宮內。
呂蒙見河中火油沒有效果，急得他大吼道：「用投石機反擊！」
建業北城上的十架投石機發射了，建業城無法安裝巨型投石機，只能裝大型投石機，這種投石機能將五十斤重的大石投射到兩百餘步外。
但漢軍在戰船卻在三百步外，為了射中漢軍戰船，只能縮小投石重量，十塊三十餘斤重的從城頭飛出，向漢軍戰船射去，儘管漢軍戰船距城池較遠，但還是有三塊大石擊中了目標。
『轟！』地砸中大船，船身被砸了一個大洞，而與此同時，漢軍的第二輪火球發射了，又是十五隻大火球劃過天空，越過城牆向建業宮砸去。
劉璟見江東軍已開始反擊，便下令道：「船隊撤退！」
船隊緩緩調頭，向長江而去，漸漸遠離了江東投石機的射程。
此時建業宮已亂成一團，數十隻大火球闖入後宮，有了落入水中，有的則撞入了後宮房舍內，一隻火球衝進了孫權正妻謝夫人所住的百雀樓，點燃了簾幔，很快，佔地約五畝的百雀樓被大火吞沒了，侍女們嚇得驚恐尖叫，簇擁著謝夫人向前方逃去。
後堂上，一隻大火球砸碎的屋頂，衝入大堂，撞在木柱前慢慢停住，幾十名侍衛用水澆、用土掩，終於熄滅了火球。
旁邊孫權滿臉蒼白，怔怔地望著火球被撲滅，他又抬頭看
了看屋頂，頂上被撞開一個大洞，這時，兩名侍女慌慌張張跑來，「吳侯！夫人的百雀樓著火了！」
孫權一驚，「夫人怎麼樣？」
「夫人逃出來了，在前堂，請吳侯也過去。」
旁邊幾名侍衛也勸道：「馬房和明樓也著火了，後宮不安全，吳侯還是避一避！」
孫權半晌長歎一聲，轉身向前堂走去，此時，建業宮內最安全之地就是前堂了，偌大的殿堂上擠滿了人，從後宮逃來的孫權妻妾以及百餘名侍女，還有從官署逃來的數百名官員家眷，眾人三五成群聚在一起，議論紛紛，對今晚發生的火攻依然心有餘悸。
孫權走進了前堂，大堂內頓時安靜下來，數百雙眼睛一起向孫權望去，孫權沒有說話，又轉身離開了，這時，謝夫人奔了過來，拉住孫權勸道：「將軍，這裡安全，就留在這裡！」
孫權掙脫了她的手，頭也不回地離開了前堂，謝夫人望著他走遠，低低歎息一聲，眼看建業城不保，他們的命運又將如何，最好丈夫能投降，平平安安地過後半生！
漢軍投石機在攻擊了一個多時辰後，便緩緩撤退了，沒有了後續的進攻，城內的大火也漸漸熄滅，東西城頭上除了投石機被砸毀或者燒燬外，基本上沒有別的損失。
但官署卻燒燬嚴重，火勢一直到夜裡三更才漸漸熄滅，東西兩邊的數百間官署全部被燒燬，只剩下一片斷垣殘壁，堆積滿屋的各種書和竹簡都毀於一旦。
建業宮後宮也有部分房舍被燒燬，尤其謝夫人住的百雀樓和孫權靜心養性的明樓被大火燒燬，三名侍女被燒死，十幾名侍女受傷。
士兵的傷亡也不大，只有一百餘名守軍逃離不及被燒死，雖然傷亡兵不大，但給江東士氣帶來的卻是毀滅性的打擊，士兵厭戰，損毀兵器之事屢屢發生，還有不少士兵企圖逃出城被抓住。
但漢軍的火攻僅僅只是一種威脅，對士兵生命影響不大，而另一種直接影響生命的威脅卻出現了，疫病在軍隊中爆發了，近百人病倒，引起了軍隊的恐慌。
五更時分，建業城南門，數百名江東士兵奔上城頭，企圖翻城牆逃走，頓時被守軍發現了，守軍立刻敲響了警鐘，在混亂之中，無數士兵用繩索套住城垛向下攀爬，還有不少士兵慌不擇路，直接從城頭跳入護城河。
不多時，負責防禦南門的大將董襲匆匆跑來，當值軍侯稟報道：「啟稟董將軍，有數百士兵逃走，卑職攔截不利，大部分都跑掉了，只抓住三人。」
董襲走到被抓的三人面前，見其中一人還是十幾歲的少年，心中著實不忍，便問道：「你為何要逃？」
少年放聲大哭，「我爹爹病倒了，他讓我逃走，要不然我也要死，我不想死啊！」
董襲歎息一聲，吩咐左右，「把他們都放了！」
士兵們放了被抓的三人，這時，呂蒙也聞訊趕來，他心急如焚問道：「董將軍，有多少人逃跑？」
「具體人數不知，估計有三四百人。」
「這可糟了，漢軍必然會知道我們軍中發生了瘟疫。」
董襲再也忍不住道：「呂都督，我實在不明白，這座城池還有什麼意義守它，難道非要等我們都病死，讓漢軍來替我們收屍嗎？」
呂蒙歎了口氣，「我也不知道，但吳侯不准降，誰又敢投降呢？」
董襲繃緊了臉，一言不發。