郭嘉等见龟兹王坚守不出，命军士将投石车运抵土山。见城中士兵云集之处，山上一齐拽动投石车，炮石飞空，往下乱打。人无躲处，城中守兵死者无数。
郭嘉思起一计，见东郭土层甚厚，派士兵用铁锹暗打地道，直透往城中。十余日，地道掘成，郭嘉命曹彰所部从地下透城而入。
龟兹王无备，被曹彰所部趁夜杀入，不由慌张失措。曹彰所部打开城门，关羽大军杀入城中。龟兹兵皆无备，被关羽军团入城大肆屠杀。龟兹王见事不济，率败兵杀出城去，逃往王城。于路集结败兵，只余半数多。
龟兹王使者急赴乌孙王处，求乌孙王出兵：“西域合力，尚无法击败中国大军，若龟兹败灭，乌孙王将步龟兹后尘。今大王起兵攻打西基，则龟兹围解。若大王坐视，龟兹灭国也。龟兹若灭，以大王一国之力，与中国虎狼之师相斗，恐败多胜少。请大王速作决断，以免贻误战机。”
乌孙王本精明之人，虽对龟兹王心怀不满，值西域存亡关头，决意出兵。大军未至西基，东郭被攻破消息传来。乌孙王恐关羽主力趁机突袭乌孙王城，命大军撤回，空劳军力。
金旋见西域战事，关羽所部兵力薄弱，又派马超、姜维、庞德三将率所部兵支援。此时西域境内三方势力兵数对比为，中国士兵七十五万，乌孙国士兵六十万，龟兹国士兵四十万。
援军到达，郭嘉战略、战术安排更加灵活。郭嘉定计，以姜维率五万军防守西基，马超、庞德各带五万轻骑兵骚扰乌孙国境内，牵扯乌孙王大军不能出援。其余大军集结于东郭，约日同击龟兹王城。
龟兹王兵力，在王城为三十万，其余十万分屯其余两城。龟兹王城分为二城，原王城在西北，城小墙矮，龟兹国人称为母城。新王城依母城东南仿中国郡城修建，当地人称为子城。子城与母城之间，相隔里余，粮草营房多在母城。龟兹王以腾先为主将，统十万兵驻守母城，自率兵二十万驻守子城，两城守兵遥相呼应。
征西军到达龟兹王城，使人打探城中消息，关羽、郭嘉等率诸将登高处观王城地貌。诸事打探清楚，升帐议事。郭嘉道：“王城两城为掎甲之势，遥相呼应。若攻母城则子城守兵扰后方，攻子城则母城守兵扰后方。王城粮草，多屯于母城。攻克母城，则龟兹军必不战自乱。然母城守将腾先，为足智多谋之辈，恐攻城之时士兵多有损折。”
关羽道：“我若我大军佯攻子城，诱母城兵出袭扰我军后方，设计断其归路，集歼于城下，则母城防备空虚，我军可乘势而下。”众皆称善，诸将商议细节完毕，关羽、郭嘉分派众将，各自领计而去。
越日，关羽率所部猛攻子城，腾先见关羽营寨防备空虚，率军往攻，施围魏救赵之计。不料进得军营，却见营中空荡荡没有一兵一卒，知道中计，忙命士兵退军。此时，营中埋设震天雷响起，龟兹兵伤亡惨重，魏延、周仓各率伏兵杀出，龟兹兵大败，腾先率败兵退往母城。
夏侯淳、夏侯渊两部二十万重骑兵此时却截断归路，将腾先败军紧紧围住。腾先率军左冲右突，不能得出。夏侯淳部将曹洪、诸葛诞率部兵将专击腾先亲兵，腾先见势危急，对众士兵道：“我大军败数已定，各位趁机脱逃，勿回王城，保留我族种苗。”言毕拔剑自刎。腾先一死，其军四散奔逃，逃出者不敢回城，绕城往西部逃去。
此时吕布、曹彰两军正合力攻打母城，母城此时只有守军二万，腾先亦已出城。兵力薄弱，军无主将，未几时便被攻破。二万余守兵只逃出五千余，其余士兵皆战死。
母城已下，子城更是危险。合城之兵只有二十余万，腾先死后，诸文武谋略无出众之人，龟兹王集众商议几次，也无妙计。不得已只是固守，但龟兹粮草，大多集于母城，此时子城粮草只能支十余日。龟兹王命邺胡、匈庭守将率军护送粮草，支援王城。
吕布部将纪灵获得龟兹王往邺胡送信之人，解见关羽、郭嘉处。关羽问其军中虚实。答曰：“城中粮草只支十余日，令我等往邺胡、匈庭两处催粮。郭嘉曰：“若遣一路军引轻骑，从半路击匈庭护粮之军，断其粮草，趁机攻取匈庭。再使人诈称使者，让邺胡守军尽出，护粮往王城。我军再设伏击之，趁机再下邺胡。龟兹王城只余孤城一座，内无粮草，守军自乱。”
关羽曰：“谁人可往？”郭嘉曰：“匈庭合城兵力只有五万，遣吕布所部可也。邺胡兵力与匈庭相仿，马腾军中素有通西域语者，其可破邺胡之兵。”
关羽命吕布、马腾两路军马，各按郭嘉密计，抢夺两城粮草，趁机攻取两城。又命魏延、周仓两将各率本部兵马接应。当夜匈庭守将韩猛闻王城危急，率精兵三万，押粮车数千辆，解赴龟兹王城。正走之间，山谷内吕布、廖化阻住前路，高顺、纪灵引军截住去路。韩猛飞马来战，吕布接住厮杀。廖化等三将兴兵便杀，抢得粮车。韩猛抵当不住，拨回马走，吕布马快，飞马追击，刺死韩猛。
吕布等集歼其余败兵，然后集结兵力，当夜突袭匈庭，匈庭不备，城中守军兵少，且皆为老弱之兵，被吕布一举破去。
马腾遣西域向导扮作龟兹王使者，诱出邺胡守将逢湖结，领兵四万护邺胡粮草连夜赶赴龟兹王城。逢湖结等众刚出邺胡五十余里，马腾伏军尽出，杀尽逢湖结手下士兵，逢湖结得亲兵死战得脱，不敢往邺胡城去，逃往龟兹王城。马腾部抢得粮草，又统兵攻击邺胡城。邺胡城中守军薄弱，为马腾所部一举拿下。