十二月二十日就有消息說，李自成的農民軍又要來襲開封，城中的氣氛再次緊張起來。
二十三日這一天的午後，七匹快馬直奔開封城而來，到城東的曹門外面停住，在城門之外的柵欄上張貼兩份告示，然後急馳而去。守城官兵前去追趕，沒有追上。
年初，李自成派先頭部隊裝扮成官兵，試圖偷襲開封，這一次卻是事先張貼告示，大肆宣揚將要進攻開封，顯示他們志在必得的信心。
當天夜裏，農民軍的主力部隊來到開封城下。
這一次，李自成聯手羅汝才，力量比年初時強大得多。李自成的大營駐紮在應城郡王的花園中，花園靠近黃河大堤，距離開封城大約十里路。羅汝才駐營在繁塔寺。繁塔寺建於北宋初期，位置在開封的東南方。
據估計，這一次圍城的農民軍一共四十多萬，其中精兵大約三萬，另有四十萬脅從之衆。這些人都是河南各地的饑民，被農民軍裹挾而來，沒有經過基本的作戰訓練，只能幫助做一些簡單的搬運工作，跟着農民軍混飽肚皮。
四十多萬人聚集在開封城外，那種場面頗爲壯觀。
農民軍首選的攻城方向是開封的東城，這恐怕也和上一次在西城遭受挫敗有些關係。
此時，曹門左所總社的社長一直在家裏養病，於是祥符縣令連夜任命秀才李光壂爲總社長。
李光壂，字康侯，號熙亮，開封府祥符縣人，是開封府學的生員。身爲曹門總社的社長，李光壂親自參加了以後的開封保衛戰，非常熟悉其中的細節，後來寫成了著名的《守汴日誌》一書，保存下來許多珍貴的史料。
和上次一樣，城中的主要官員也做了分工。
巡按御史任浚負責守衛曹門，開封府的知府吳士講、推官黃澍協守。
祥符縣知縣王燮負責守衛北門，管河同知桑開第、周王府的承奉官曹坤、鄉紳張文光協守。
左布政使樑炳負責守衛東門，都司譚國禎協守。
守道蘇壯負責守衛西門。
河南巡撫高名衡和總兵官陳永福負責守衛南門，二人同時也負責隨時增援東門和曹門。
二十四日，攻城戰正式開始。
正如預期的一樣，農民軍的進攻主要集中在開封城的東北角，也就是北門到曹門一帶。
督師丁啓睿率領三千人馬從南陽趕來救援開封，在城濠邊紮營防守。結果與農民軍剛一交手便全軍潰敗，大部分官軍投降。李自成擔心這三千官兵成爲隱患，十幾天之後的正月初三，命令這些官兵前往老營點名，將他們捆住雙手全部斬殺，丟進蓮池之內。
擊潰城外官兵之後，農民軍趁勢攻城，奪取了北門的月城，有人甚至登上了甕城。
月城和甕城是古代城門的一種防禦設計。甕城一般是半圓形，也有方形，套建在城門外側。甕城也有一道城門，門外是狹長的月城，走出月城，纔算是出了城門。
這種設計，相當於在城門之外另外增加了兩道城門，給城門加了兩道保險，加大了攻城的難度。
《守汴日誌》記載，守衛北門的是回營，一位名叫李耀的將官率領幾十名回兵，手持長長的大柳櫞，躍過甕城，把爬上甕城和月城的農民軍都打下去。知縣王燮帶人投擲火把，把城下的農民軍燒死。
周府的勇士用泥土封堵城門，防止城門被撞開。農民軍試圖從外面拆掉城門，守城者在門上開出兩個孔洞，伸出長鉤，鉤住拆門者，將其斬首。
