十五日，斷絕了水源的赤嵌城宣布投降。這樣，明軍沒費一槍一彈，就把這顆釘子給去掉了，而明軍的後續部隊也在源源不斷的登陸。得知赤嵌投降的台灣城陷入一片恐慌之中，現在他們沒有任何外援了，隻剩下自己在孤軍奮戰了。
十六日，上午，在一片低沉的號角聲中，二百多門大炮昂起了他們的頭。鄭芝龍派人給荷蘭總督發出了最後的通牒，如果在巳時一刻荷蘭人還不投降的話，明軍將發動對台灣城的進攻。
弗雷德裏克總督和部下就中國人的條件進行了反複的磋商，最後決定：血戰到底，等待東印度群島的荷蘭海軍支援。
巳時一刻，鄭芝龍命令發動總攻。最先開口的當然是明軍中的大炮了，兩百多門大炮同時發出了怒吼，仿佛要發泄一下自己積鬱心中已久的濃重怨氣。密集的炮彈不斷的傾瀉在台灣城上，整個台灣城籠罩在煙火之中。而顧三麻子和甘輝率領的明軍北海艦隊也利用自己的艦炮自海上對台灣城發動了猛烈的炮擊。整整轟炸了一刻鍾的時間，考慮到有些大炮的炮膛過熱，容易引起炸膛，於是鄭芝龍命令暫停轟擊，看看炮擊的效果如何。轟擊的效果應該說非常理想，整個台灣城看起來囫圇的地方不算太多，到處冒著濃煙，南麵的城牆有幾截也被明軍猛烈的炮火給轟塌了。但是荷蘭士兵依然在利用殘存的工事頑抗，絲毫沒有投降的意思。
這時，登州老八營之一的鄧右揚建議采取挖壕溝的方式，迅速突擊到城下，然後挖鬆台灣城的牆基，埋上幾百斤炸藥，轟塌城牆，然後一舉攻克台灣城。
鄭芝龍大喜，笑道：“不虧是在南京講武堂讀過新式兵法的。”於是鄭芝龍立即命令暫停攻擊，所有部隊立即準備挖掘工具。城裏被一陣猛烈轟炸給搞的暈頭轉向的荷蘭人不明白中國人的意圖是什麼，在惴惴不安中度過了一個下午。夜幕降臨，早就休息好了的明軍在百姓的幫忙下，立即開始了挖掘坑道的作業。
台灣城外是一片原野，正好適合土工作業的要求，可以使明軍在一夜之間突然出現在敵人的眼皮子底下。土工作業的順序是由前而後，由點到線，先前後再左右，先建立射擊陣地，再構築交通壕，並有重點的加以掩蓋，使明軍大批人馬在接敵運動中，都在地麵之下，將可以避免許多的傷亡。
明軍軍中本來就備有職業的工夫，再加上當地百姓的幫忙。到了第二天清晨，守城的荷蘭士兵被眼前的一幕驚呆了，發出了慌亂的驚叫聲，劃了清晨的寧靜，把城牆上的荷蘭人都驚起來了，許多人紛紛相互詢問：“中國人衝進來了？”
弗雷德裏克總督和部下的將領們紛紛拿著刀槍衝到了城頭上，詢問發生了什麼事情。一名值勤的士兵指著前方，用顫抖的聲音說：“總督大人，請看那裏！”
弗雷德裏克總督順著他手指的方向望了過去，不禁倒吸了一口冷氣：“我的上帝！”頭天黃昏，看到城外的原野上的幾裏內還是一片平原，現在，縱橫交錯、如蜘蛛網一樣的坑道卻鋪到了荷蘭人的麵前。他們被這縱橫交錯的坑道嚇傻了，不知道該如何抵禦中國人的進攻。
“我們投降吧！這樣我們才有活路呀！不然，這些土著人會殺死我們！”有人說出了大家的心聲。
“對對！我們快些投降吧！”許多人紛紛隨聲附和，畢竟是自己的生命比較寶貴，頓時要求投降的聲音一浪高過一浪，所有人的眼睛都盯住弗雷德裏克總督，弗雷德裏克總督明白，即使自己不宣布投降，這幫人也會去投降的。他長歎一聲：“投降吧！被延誤的福摩沙啊！”
許多人歡呼一聲，立即把城頭懸掛的荷蘭旗扔下了城，把白襯衫等高高掛起。不久，明軍就接管了這座城市。弗雷德裏克總督以下兩千多的荷蘭士兵和平民做了明軍的俘虜。
台灣一戰，俘虜荷蘭人兩千六百四十三人，繳獲軍艦一艘，大炮六十四門，槍一千三百支。另外，還繳獲商人和殖民當局的銀兩一百八十七萬兩，黃金十六萬七千兩，珠寶玉器無數。應該說是一場大勝仗，明軍的損失隻是二十三艘小船，三艘大船，海軍士兵一百四十三人，陸軍士兵除了在攻打台灣城的戰鬥時傷亡一百二十一人外，其他竟然沒有傷亡！這不能不說是一個奇跡，除了，鄭芝龍的正確指揮外，在這裏起主要作用的還是明軍那威力無比的大炮了。整個的戰鬥過程除了大炮炮彈的耗費外，子彈基本沒有消耗多少，這一仗日後載入了大明帝國軍事教材裏，成為經典的戰例！
鄭芝龍晚年也都一直引以為傲。