Ожесточенная перестрелка продолжалась три часа. Наконец, все баллисты на башнях были разбиты или сожжены. У монголов уцелело три десятка машин. Однако, из города продолжали стрелять четыре требушета. Они стояли за городской стеной, поэтому поразить их было трудно.
По команде Бату, в город полетели, выпуская дымные хвосты, циньские огненные трубы. В городе поднялись многочисленные дымы пожаров. Три десятка уцелевших камнеметов принялись крушить стены. Машины каждоготумена били в одну точку стены. Еще через час проломы стен были сделаны. Заборолы со стен рядом с проломами тоже были сбиты. За это время требушеты урусутов сожгли еще 7 камнеметов. Дымы пожаровв городе побелели и ослабли. Урусутам удалось отстоять город от огня.
В станах монголов запели трубы и забили барабаны. Густые толпы нукеров с настилами и лестницами на плечах ринулись на приступ. Камнеметы монголов прекратили стрельбу, чтобы не попасть по своим. Вперед, как обычно, пустили новых подданных империи: аланов, половцев, буртасов и башкир.
Урусутские требушеты стали бить зажигательными снарядами по атакующим колоннам. Конечно, сдержать атаку они не смогли. По причине малой скорострельности. Один выстрел в пять минут. Зато, со стен по атакующим ударили лучники. Их было много. Сотен пять. Ответные стрелы вреда стоящим открыто урусутам почти не наносили. Все урусутские воины были в тяжелых доспехах и шлемах с железными «личинами».
Набросав настилы на тонкий лед прорубей, изобилующий пробоинами от недолетов, нукеры приставили лестницы и полезли на стены. Со стен на них полились струи огня. Вниз полетели малые ручные горшки с зажигательной смесью. Под стеной и валом во множестве заметались орущие фигурки, охваченные огнем. Нукеры срывали с себя доспехи, одежду и прыгали в воду.
Количество воинов под стенами все увеличивалось. Особенно густые толпы рванулись в проломы. Однако, в проломах выстроилась тяжело вооруженная урусутская пехота с большими щитами, выстроив «стену щитов». Закипела рубка. Монголы скучились вокруг проломов.
В это время со стен с обоих сторон от проломов в толпу монголов в упор ударили огненные струи, испускаемые урусутскими огнеметами. Густо полетели малые горшки с огнесмесью. И в довершение всего, урусуты скатили со стен в толпу несколько тяжелых ручных бомб. Мощнейшие взрывы разметали всю толпу, сбросив монголов из пролома и с вала в проруби. К тому же, они вовсе стороны разнесли горящую на снегу огнесмесь.
Трубы проревели отступление. В спину бегущим нукерам со стен продолжали стрелять лучники.
По стенам, целясь рядом с проломами, снова забили монгольские камнеметы, стремясь расширить проломы. За проломы они забрасывали зажигательные снаряды. Урусуты отошли за стены. Однако требушеты из города снова начали бить по камнеметам. До вечера они выбили еще 5 камнеметов.
Уже в сумерках короткого зимнего дня монголы снова пошли на штурм. Вместо выбитых тысяч в бой пошли новые, уже из старых подданных: киргизов, ойратов, туркменов и хорезмийцев. И снова откатились, не выдержав огненного ада, устроенного под стенами городазлобными урусутами.
Чингизиды совещались до полуночи. Штурм решили отложить. За день тумены потеряли 5 тысяч воинов. Сгорело более полусотни камнеметов. Их требовалось делать заново.
В городе сразу после штурма приступили к восстановительным работам. Бревнами заделывали проломы и засыпали их песком. Восстанавливали разбитые заборолы. Мастера ремонтировали и делали заново баллисты.
Во всех трех храмах священники отпевали погибших воинов и молились о даровании победы русскому воинству.После отпевания убитых похоронили. В гарнизоне города погибли 220 воинов и 430 ополченцев.
Тысяча ополченцев под командованием наместника Ульяна весь день подносили на стены огнеприпасы, тушили горящую огнесмесь на башнях, на стенах и в городе. Другие ополченцысражались на стенах и стреляли по врагам через бойницы заборола. Воины несокрушимой стеной стояли в проломах на направлениях главных ударов монголов.
Самые большие потери понесли стрельцы, до последнего стоявшие под обстрелом многократно превосходящего противника у своих баллист и огнеметов. Их погибло 340 человек из 9 сотен. Тяжелые ранения получили 460 бойцов. Раненых сносили в церкви. Тем не менее, боевой дух гарнизон полностью сохранил. Зрелище сгорающих заживо и бегущих от стен монголов здорово воодушевило воинов.
Воевода Евпатий заново комплектовал расчеты боевых машин. Вместо выбывших стрельцов ставил ополченцев потолковей, выбирая ремесленников. За ближайшие дни их необходимо было натренировать. Полковники руководили заделкой проломов. Вместо выбывших командиров Евпатий назначил новых. Гарнизон готовился к отражению следующего штурма.
К новому штурму монголы готовились еще 5 дней. За это время к Ивановску подошли тумены Бугену и Хулагу, взявшие городки Коршава и Эртиль. При штурмах тумены потеряли более 4 тысячвоинов. Никаких припасов снова взять не удалось.