最后，王之孝决定舍弃罗夷关，集中兵力进攻西贡城，然后再拔除其他两个据点。
王之孝率领全部军队，乘船溯同奈河而上，由于西贡城在同奈河的西岸，王之孝率领主力在西贡城南侧的岸段登陆，肃清附近的小股敌军后，将西贡城包围。
为了防止罗夷关和头顿城的吴哥军过来增援，王之孝又派出三个襄人团在同奈河东岸登陆，其中在往罗夷关的方向上布置两个团，在头顿城方向布置了一个团。
为了防止西贡以西、以北的吴哥军过来增援，王之孝在这两个方向也布置了三个襄人团，留下镇南军主力用于攻城。
别人都是按照前后顺序，或者先易后难，王之孝不按常理出牌，直接打后方的最大据点，把吴哥军给整蒙了，西贡守将只能硬着头皮布置兵力，准备抵抗唐军的进攻。
王之孝当然不会给西贡城有充分的准备时间，外围阻援的兵力布置好以后，就开始命令战船炮击西贡城。
在唐军火炮的持续攻击下，西贡的城墙开始坍塌，海军的炮火攻击了两个时辰左右，基本将西贡城东南方向的一段城墙完全炸塌，然后停止攻击。
镇南军副将张舟随即指挥陆军部队发起攻击，排起阵型向城墙推进，没想到吴哥军准备了一些抛石机，向唐军发射过来一些石头，造成一些唐军的伤亡。唐军的战船重新开始炮击，但是抬高了炮口，重点往城内炮击。
张舟命令部队加快进攻速度，唐军蜂拥冲向城墙坍塌处，那里已经补充上来一批吴哥军，双方在缺口处激烈交战。经过一段时间对战，唐军展现出强大的战力，在唐军的火力打击下，缺口处的吴哥军损失惨重，被迫向城内撤退。
唐军从缺口处持续往城内攻，有的吴哥军还依托城内的建筑，继续抵抗唐军，给唐军带来一些困扰，唐军只能逐个区域进行清理，缓慢向城内推进。
随着进入城内的唐军越来越多，大量的吴哥军被消灭，吴哥军的抵抗意志逐渐崩溃，开始放弃抵抗纷纷投降。唐军攻入城内约三个时辰后，西贡城主将率领守军全部投降，唐军终于占领西贡城。
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