自打土地上冻，宋启愚就每日亲自登城，观察护城河的结冰情况。他还派人日夜敲打河上的冰凌，阻止河水封冻。他又在城墙上增布了岗哨，以防柔然人突然来袭。可是，随着气温的降低，护城河里的冰不可阻挡地变厚变硬，并最终覆盖了整个河面。
当鹅毛大雪飘落之时，宋启愚站在北卫城的箭楼前，眼望着茫茫山川，苦思冥想着破敌之计。负责巡哨的将领常斌跑过来问道：“宋大人，今日还派人凿冰吗？”宋启愚轻轻摇摇头说：“冰冻尺余，恐怕不是人力再能开封的了，让弟兄们好生歇息，准备城头御敌吧。”炮军的崔同插嘴说：“大人，其实我们可以用桐油和火油把冰烧化。”宋启愚愣了一下，追问道：“你说什么？桐油和火油能烧冰？”崔同点头说：“是的，大人。我是丹阳人，跟着钟成当过水匪。那年春天，我们的队伍在丹江口被官军咬住了。为了逃命，钟大哥把船上做防水用的桐油还有少量火油都倒进了江里。那桐油比水轻，浮在水面上，钟大哥在上风位置一放火，引燃了好几艘官军的船，我们这才脱身逃出。还有一回，我们用桐油和火油把狭窄河道处的浮冰烧化，才摆脱了官军的追击。”宋启愚竖着耳朵，仔细地听着，问道：“你们用的桐油跟咱们火烧敌军所使用的是同一个东西吗？”崔同抱拳说：“大人，不会错，一样的东西，要是再加上火油和烧酒，效果会更好。”宋启愚突然转身，一把拉住崔同说：“随我回衙，将桐油的燃烧效果演示给我看。若这仗打赢了，我给你记特等大功。”
在巡抚衙门后园，巨型水缸里的浮冰和水面上冒出了熊熊火焰。那火苗长时间跳动着，甚至北风和暴雪都不能压制其活力。宋启愚转脸问曹可用：“咱的库房里还有多少桐油？多少火油？”曹可用摸着络腮胡，想了想说：“先前的储备再加上你到任后紧急调运的，少说得有四五万桶。火油也有万桶以上。”宋启愚兴奋地说：“我先前还在为铁炮无法在雨雪中使用而发愁，现在，我终于想到了应对的妙策。”宋启愚招手叫道：“申鲤、康恩、姚凯，丁宁，你们带领三千军士前出到护城河对岸，利用风雪黑夜做掩护，将三万桶桐油、五千桶火油加三千坛烧酒倾倒于冰雪之上，再撒些黄磷焦炭。待明日，柔然人来攻，定让他们过河的部队死无葬身之地。”
次日凌晨，大雪逐渐变小，只是雾霾较重。辰正，乌利可汗在军帐里发布了攻打大同城的命令。他将重装骑兵和器械部队全都集中在北方，强攻北卫城；而在其它方向，他则只派出轻装部队，牵制周军。
柔然尖兵在踏入护城河冰面游弋了一圈后，回来报告说冰盖厚实，足以承受车马部队的踩踏。于是，大将扎兰丁命令“铁浮屠”前出到河岸边缘，开弓放箭，掩护先头部队抱着茅草铺垫冰面。城上的周军也用抛石车、床子弩和弓箭进行着顽强的抵抗，并毙伤了大量敌人。至巳时，每座城门前的护城河上都已铺就了两条茅草通路。矗立在远处的乌利可汗轻轻地挥了挥马鞭。牛角号的声音震耳欲聋地鸣叫起来，那是全军发动攻击的信号。扎兰丁拔出腰刀，向前一指，大声命令道：“柔然的勇士们，跟着我冲上去，踏平北卫城！”五千“铁浮屠”分为两路，呐喊着、呼喝着勇猛地奔上了冰面。河冰被铁蹄踩踏得“吱嘎”乱响。后面的器械部队也开始缓缓前移，向城门开进。这些“铁浮屠”军容齐整、装备精良。他们渡河后很快便在北卫城外布设了几十个军阵。这些士兵又箭发如雨，完全压制住了城上的周军。
一支雕翎射中了段卫国的左臂。他咬着牙，用右手强拔了那支箭。接着，他一边命亲兵给自己包扎伤口，一边喊叫着：“床子弩，给我使劲射！弟兄们，给我往下扔滚木、雷石、火油桶！”周军将士见主将如此英勇，也都拼了命地打击着敌人。不时有军士倒下，双方的死伤都很重。
自打今天开战，宋启愚就很忙碌。他先迅速调整了防卫部署，给军将们分配了作战任务，又亲自登上城墙，观察敌人的兵力配备。宋启愚把余天锡叫到面前，问道：“这种小雪天气，你的铁炮还能用吗？”余天锡说：“露天地里不行，但遮着雨雪就能用。我们可以把炮搬进箭楼。只是箭楼太小，仅能容下两门铁炮。”宋启愚眼前一亮，命令道：“城的各个角楼应该也能放置铁炮。这样，你在各个箭楼和角楼都布置一两门铁炮，炮口皆指向城门外方向。待护城河上燃起大火，你这边便发炮，痛击敌军。”余天锡唱了个诺，转身布置去了。
午时，随着雾气渐渐散开，宋启愚一声令下，命所有的抛石车改变方位，并将抛射物换成烧红的煤块和整罐的烧酒。一时间，空中火线乱飞，只是全都没有砸在柔然人身上。扎兰丁哈哈大笑，叫道：“周朝人在给我们放流星吗！这是要欢迎我们进城啊！攻城部队，给我加把劲，撞开他们的城门。”
柔然人的兴奋时光不过片刻。先有零星的火苗在冰面上蹿出，紧接着，整个河道上便燃起了熊熊火焰。在柔然人还在愣神的时候，城上的炮声就响了起来。几颗弹丸呼啸着砸进“铁浮屠”阵中，瞬间便毙伤柔然兵十几人。扎兰丁部队的阵型开始混乱。在又遭受了几轮炮击后，柔然的士兵倒还能挺住，但战马却纷纷惊惧跳跃，不听指挥。很多骑兵在后退的过程中，踩上了溜滑的冰面。这些“铁浮屠”通身披甲，重达千斤，一旦跌倒，人马皆不能自行起身。也有一些“铁浮屠”一路歪斜地奔回了护城河北边，但燃烧的烈火却把他们又逼回了冰盖。见此情状，扎兰丁赶忙命令步兵帮着“铁浮屠”脱卸衣甲，又叫器械队向回退却，开辟冰上通路。
大同城里的周军，一边不停地将燃烧物抛进护城河中，一边用铁炮、床子弩、滚木礌石和弓箭杀伤着敌军。当沉重的攻城车再次碾压回来时，河道上的冰盖承受不住了。只听“咔”的一声巨响，浮冰一下子断裂开来。置身冰上的人马器械瞬间失去了平衡，掉入冰窟的多达百人。呼救声、惨叫声、爆破声、马鸣声不绝于耳。又过了小半个时辰，柔然人渐渐抵敌不住，开始溃散。要说这些军人也算勇敢。为了给同伴打通生路，有些甚至不惜投身火海，用自己的身躯阻挡烈焰。一支流箭飞来，射死了扎兰丁的坐骑。亲兵们不由分说，拥着主帅就往北岸退却。就在扎兰丁即将逃脱时，一罐烧酒从天而降，正砸在扎兰丁跟前。这位柔然大将瞬间就被烈火包围了。他张牙舞爪地挣扎着，歇斯底里地喊叫着。还没等亲兵们上来营救，一支五尺多长的床子弩飞来，竟将扎兰丁牢牢得钉在了冰面上。这位在柔然平灭北燕的战争中立下过赫赫功勋的大将，就这样命丧大同。正在远处观战的乌利可汗心疼得险些摔下马来。他再叫后卫部队过去抢救，已经无济于事。
见敌人失去了抵抗能力，宋启愚随命令张广胜和伍名率领两千部队冲出城去，缴获物资，斩杀敌兵。这一仗又打了近两个时辰，才彻底结束。
在统计完伤亡情况后，哈量台等将领纷纷向可汗建议，应退回漠北，等待时机，再伐南朝。乌利可汗紧紧地握着拳头，红着眼睛说：“扎兰丁是草原的英雄，今天竟殒命于此。要是就这么撤了军，我心不甘，他心也不甘啊！我将从国内再调三万兵马来，补充给你们。一定要让大同城付出惨重的代价。”他又举起一份文扎，说道：“另外，据深入中土的细作禀报，周朝发生了大的变故，虽然具体情况尚不清楚，但至少跟皇权的争夺有关。如果真是这样，我们就更不能退兵了。”宰相摩柯莫说道：“可汗说的有道理。我们已经围困了大同几个月，不妨再坚持坚持，说不定能取得意想不到的战果。”