十二月二十日就有消息说，李自成的农民军又要来袭开封，城中的气氛再次紧张起来。
二十三日这一天的午后，七匹快马直奔开封城而来，到城东的曹门外面停住，在城门之外的栅栏上张贴两份告示，然后急驰而去。守城官兵前去追赶，没有追上。
年初，李自成派先头部队装扮成官兵，试图偷袭开封，这一次却是事先张贴告示，大肆宣扬将要进攻开封，显示他们志在必得的信心。
当天夜里，农民军的主力部队来到开封城下。
这一次，李自成联手罗汝才，力量比年初时强大得多。李自成的大营驻扎在应城郡王的花园中，花园靠近黄河大堤，距离开封城大约十里路。罗汝才驻营在繁塔寺。繁塔寺建于北宋初期，位置在开封的东南方。
据估计，这一次围城的农民军一共四十多万，其中精兵大约三万，另有四十万胁从之众。这些人都是河南各地的饥民，被农民军裹挟而来，没有经过基本的作战训练，只能帮助做一些简单的搬运工作，跟着农民军混饱肚皮。
四十多万人聚集在开封城外，那种场面颇为壮观。
农民军首选的攻城方向是开封的东城，这恐怕也和上一次在西城遭受挫败有些关系。
此时，曹门左所总社的社长一直在家里养病，于是祥符县令连夜任命秀才李光壂为总社长。
李光壂，字康侯，号熙亮，开封府祥符县人，是开封府学的生员。身为曹门总社的社长，李光壂亲自参加了以后的开封保卫战，非常熟悉其中的细节，后来写成了著名的《守汴日志》一书，保存下来许多珍贵的史料。
和上次一样，城中的主要官员也做了分工。
巡按御史任浚负责守卫曹门，开封府的知府吴士讲、推官黄澍协守。
祥符县知县王燮负责守卫北门，管河同知桑开第、周王府的承奉官曹坤、乡绅张文光协守。
左布政使梁炳负责守卫东门，都司谭国祯协守。
守道苏壮负责守卫西门。
河南巡抚高名衡和总兵官陈永福负责守卫南门，二人同时也负责随时增援东门和曹门。
二十四日，攻城战正式开始。
正如预期的一样，农民军的进攻主要集中在开封城的东北角，也就是北门到曹门一带。
督师丁启睿率领三千人马从南阳赶来救援开封，在城濠边扎营防守。结果与农民军刚一交手便全军溃败，大部分官军投降。李自成担心这三千官兵成为隐患，十几天之后的正月初三，命令这些官兵前往老营点名，将他们捆住双手全部斩杀，丢进莲池之内。
击溃城外官兵之后，农民军趁势攻城，夺取了北门的月城，有人甚至登上了瓮城。
月城和瓮城是古代城门的一种防御设计。瓮城一般是半圆形，也有方形，套建在城门外侧。瓮城也有一道城门，门外是狭长的月城，走出月城，才算是出了城门。
这种设计，相当于在城门之外另外增加了两道城门，给城门加了两道保险，加大了攻城的难度。
《守汴日志》记载，守卫北门的是回营，一位名叫李耀的将官率领几十名回兵，手持长长的大柳橼，跃过瓮城，把爬上瓮城和月城的农民军都打下去。知县王燮带人投掷火把，把城下的农民军烧死。
周府的勇士用泥土封堵城门，防止城门被撞开。农民军试图从外面拆掉城门，守城者在门上开出两个孔洞，伸出长钩，钩住拆门者，将其斩首。