第一步周少桓命第九軍特種兵旅，由小道繞過清軍，去襲取泰安，首先切斷阿巴泰部的退路；接着又命第五軍第八師，第十師，第九軍第十四師分别進駐高家店、三王廟、郭家堂，孔村、袁家村等地，對阿巴泰部形成圍攻之勢，又抽調了二個騎兵團，作爲預備追擊兵力，再加上阻擊的七旅，中華軍己經出動三個師、一個旅、二個騎兵團，總兵力己經達到了四萬三千左右，因爲圍殲戰不同于其他戰鬥，必須要有超過敵軍的兵力，才能将敵軍圍而殲之。
另外周少桓也考慮到，兖州城裏的李率泰部，有可能會殺出城來，與阿巴泰部彙合，這樣一來，圍殲阿巴泰部的計劃，就有可能出現變數。現在駐守兖州城外的兵力隻有十二旅、二十七旅，牽制李率泰部有餘，但想将李率泰部困在兖州城裏，兵力還有所不足，因爲還必須防備李率泰不離阿巴泰，向西南逃跑，逃進河南境内。
因此周少桓又下令，将駐守濟甯州的四旅也調來參戰，把濟甯州移交給反清的起義軍守衛，同時也出動鄭成功部的人馬，合圍兖州城，又給他們配備了一個騎兵團，接應預備隊。作爲這樣一來，圍攻兖州的兵力也超過了三萬八千左右，足以将清軍堵在兖州城裏了。
三天之後，周少桓收到特種兵旅發回的報告，泰安己經被特種兵旅成功攻取，而這時中華軍的其他各路人馬也都全部到位，于是周少桓立刻下令，兩處同時向清軍發動進攻。并且在戰前也發下了動員令，告訴全軍的士兵，這是取得山東戰役勝利的關建一戰，要求全軍都要努力作戰，争取多殲滅敵軍。
圍攻兖州的戰鬥是由第十軍的軍長章一平指揮，因爲在圍攻兖州的部隊中，以第十軍的部隊最多，有兩個旅和一個騎兵團。
接到周少桓的命令之後，章一平立刻做出了進攻兖州的計劃，其實進攻的方案很簡單，因爲現在兖州的清軍放棄了所有的外圍陣地，全部都撤進城內防守，因此這個時侯也沒有什麽計策，直接攻城就行了，于是章一平也下令由四旅、十二旅、二十七旅以及鄭成功部各攻一門，自己帶領騎兵團，四面接應。
命令下達之後，三個旅和鄭成功立刻出兵，将兖州城團團圍住，向四門發動進攻。
雖然在攻城之前，章一平并沒有眀示，但各路人馬互相之間，也都存在着比試的心裏，當然都希望自已能夠第一個攻克兖州的部隊。也包括鄭成功在内，這一次他被調入山東作戰，但在前期中華軍都是在調動清軍的兵力，并沒有和清軍全面開戰，因此鄭成功部人馬也一直沒有得到出戰的機會。現在終于等到了出戰的時候，鄭成功自己也希望自己能夠有好的表現，這樣才不付盟軍之名。
因此在攻城戰開始之後，各路人馬都十分勇猛，槍聲大作，炮聲轟鳴，就是在城裏也能聽得清清楚楚。
而這時李率泰也不僅大爲後悔，因爲中華軍圍困了兖州半月有餘,一直都沒有來攻打兖州,而是把主要的目标放在打擊阿巴泰部的援軍身上。一開始李率泰還有些緊張，但時間長了，也就稍有些安下心來，認爲中華軍在消滅阿巴泰的援軍之前，是不會來進攻兖州。而阿巴泰一時半會還能撐得住，自巳暫時到不用擔心，因此也把主要的精力放在怎樣逃出兖州上。是向北沖出兖州，與阿巴泰彙合，還是向南逃進河南或者是徐州去。
那知中華軍是同時對城外的阿巴泰和兖州城發動進攻，結果李率泰也是又悔又怕，要知道是這樣，就該早一點殺出兖州，不管是向那個方向逃走，也總比困在城裏坐以待斃強。但現在兖州的四門都被中華軍堵住了，想逃也逃不出去了。
不過己經到了這個地方，也沒有别的辦法，隻能先堅守城池，等多撐一天是一天，因此李率泰也下令，分令陳錦、夏成德、夏景海、吳朝佐等人各帶三千人鎮守兖州四門，務必要堅守住城池。
雖然說清軍守城的兵力也不算，但缺少火器，毎個門隻有二百名火铳兵，三門火炮，這麽一點力量當然是不夠的，别說是中華軍的三個旅，就是鄭成功部的人馬，也有一千五百多支火槍，三十餘門火炮。因此在戰鬥一開始，四個城門的清軍都被中華軍或鄭軍的火力給牢牢壓制住，隻能躲在城垛口下面，根本就不敢露出頭來。
而各路人馬也都在火力的掩護之下，趁機發動地面進攻的部隊，開始向城牆發動進攻。中華軍的三個旅分别都推出裝滿火藥的爆破車，渡過護城河，靠近城牆，将爆被車靠在城牆邊上，點燃引線。
在兖州城的東、西、北三面先後都發出了震天的巨大爆炸聲，三聲爆炸的前後相差還不到十五分鍾。兖州城東、西、北三面的城牆都被炸出一個大豁口來。
不過由于各自所選的地段不同，爆破車擺放的位置、角度也不同，因此爆破後的結果也都不盡相同。
西城爆破的效果最好，雖然西城的爆破是第二個完成的，但将城牆炸開了一個十餘米寬的大口了，而且裂口底部離地面不足一丈，而且散碎的磚石差不多就已經堆到和裂口一樣的高度，地面進攻部隊不需要借助任何的幫助，就可以直接通過裂口，殺入衮州城中。因此付責進攻西門的十二旅也立刻派出二十三連,做爲突擊隊，搶占缺口。
守衛西門的清将是陳錦，在爆破之後，雖然他也被崩裂的碎石砸傷了七八處，但還是立刻組織兵力，想要封堵缺口，但這時己經來不及了，因爲突擊隊還沒有達到缺口的時候，首先向缺口裏面扔出了十幾顆手榴彈，将沖上來封堵缺口的清兵炸得死傷一片。而其他的清兵見狀，自然也都不敢上前來了。因此突擊隊員一個一個從缺口中殺入兖州城裏，和清軍展開了激戰。
随後，十二旅的後續部隊也都陸續通過了缺口，攻進兖州城裏，守衛西門的清軍本來士氣就不高，中華軍大量從缺口殺入城中之後，頓時抵擋不住，紛紛向城裏敗逃。而十二旅攻占了西門之後，也立刻向城裏展開。
而由四旅付責進攻的東門，是第一個完成爆破的，但爆破的結果并不理想，盡管也将城牆炸開，但缺口離地面還有兩丈多高，雖然在缺口處也有碎磚裂石可以直通，但在突擊隊向缺口發動突擊的時候，有兩顆手榴彈并沒有扔進缺口裏，而是落到缺口外面的碎磚裂石上，結果在爆炸之後，反面造成了缺口外面的碎磚裂石再度塌陷，突擊隊的戰士們不得不搭起人梯，才能夠沖上缺口。
但這樣一來也就給了清軍一線時間，結果幾十分名清軍的火铳兵趁着這個空隙，沖上來守住了缺口，并對突擊隊開火射擊，突擊隊一下子被清軍打死了二十餘人。
好在是在後面掩護突擊隊的中華士兵們也立刻向清軍開槍射擊，在雙一陣激烈的對射之後，清軍的火铳手終于堅持不住，被打得死傷過半，剩佘的退進了城裏，将缺口讓開。四旅趁機發動第二次擊攻，終于成功的突破了缺口，殺進兖州城裏。結果算起來，比十二旅還是慢了五分鍾。
二十七旅付責進攻的北門爆破，雖然比東門、西門都晚一些，但爆破後的突擊也進行得比較順利，在二十分鍾之後，也成功的攻入了兖州城裏。
在中華軍發動對兖州城的進攻開始之後，不到二個小時的時間，兖州城的東、西、北三門都被中華軍突破了。
隻有進攻南門的鄭成功部的進展慢一些。雖然鄭軍一開始壓制住了清軍的火力，但鄭軍不會使用爆破戰術，因此接下來還是用雲梯攻城。結果在鄭軍開始攻城之後，炮兵和火铳手也都停止了開火。這一來守城的清兵卻可以據城防守，和攻城的鄭軍展開激戰。
雖然這時鄭軍都己經接近到城垛口附近，但清軍畢竟占據了城頭，因此在短時間内，還無法攻開南門。而鄭成軍也知道其他三門己攻開，急于攻破南門，在城下不住的催戰。一時之間戰事僵持不下。
不過這時兖州的東、西、北三門都被攻開，消息傳到了南門之後，守衛南門的清軍頓時軍心大動，也在無心守城了，紛紛敗退。而鄭軍趁機向城頭發動猛攻，終于登上了城頭，打開城門，鄭成功立刻率領大軍，殺入城內。雖然比其他幾個門要晚了差不多一個小時，但兖州城的四門，全部都被攻開了。