马塞勒斯从陆上及海上袭击叙拉古。阿基米德用他发明的起重机之类的器械将靠近墙根的船只抓起来，再狠狠地摔下去，有的被撞得粉碎，有的沉入海底。马塞勒斯也不甘示弱，他用8艘5层橹船(quinquereme)，每两艘联锁在一起，架起一种叫“萨姆布卡”(sambuca)武器，准备攻城。可是叙拉古人未等敌船靠近，就用强大的机械将巨大石块抛出，形同暴雨，打得“萨姆布卡”七零八落。同时万弩齐发，罗马兵死伤无数。吓得目瞪口呆的马塞勒斯下令退兵。在陆上，罗马兵也没有占到便宜。多次进攻，均未得逞。
有一种传说是阿基米德用巨大的火镜(burning-mirror)反射阳光来焚烧敌船，这大概是夸张的说法，最早见于卢西恩(Luci-an)的记载。不过当时阿基米德已经发现抛物面反射镜能够聚焦的性质。有的书说成将燃烧的火球弹射出去使敌船着火，这也许比较可信。
无论如何，罗马兵已成惊弓之鸟，简直是“风声鹤唳，草木皆兵”，只要看到一根绳子或一块木头从城里扔出来，立刻抱头鼠窜，大呼：“阿基米德的机器又瞄准我们了”。
罗马人在一次军事会议上，决定夜间偷袭，他们以为飞弹只能在远距离起作用，黑夜可以避开城上的视线，一旦接近城墙，飞弹就无能为力了。谁知阿基米德早有防备，制造了一种叫“蝎子”的弩炮，专门对付近处的敌人。罗马兵又一次吃了大亏。
马塞勒斯嘲笑他自己的工程师和工兵说：“我们还能同这个懂几何的‘百手巨人’(Briareus)下去吗?他轻松地稳坐在海边，把我们的船只像掷钱游戏(pitch and toss)似的抛来抛去，船队被搞得一塌糊涂，还射出那么多的飞弹，比神话里的百手妖怪还厉害”。
后来罗马军放弃正面进攻，改用长期围困的策略。叙拉古终于因粮食耗尽，被叛徒出卖，公元前212年，在一个庆祝阿泰密斯(Artemis)神，75岁的阿基米德也光荣牺牲了。