于山内；左武卫林胜、右虎卫陈魁列阵于山下迎敌；自己督右虎卫陈鹏、右冲镇万禄在观音门往来策应；后提督万礼、宣毅左镇万义等堵御大桥头大路；右提督马信、宣毅后镇吴豪、正兵镇韩英由水路抄蹑其后；左冲镇黄安专门负责水师，防止清军由水上来犯。集中兵力决战固然没错，可此时清军已经出城扎营，命将士连夜移营准备决战，反而使部下处于疲劳状态，匆忙中也不可能熟悉地形，做好迎战准备。
次日晨，清军全力出击，靖南将军喀喀木、梅勒章京噶褚哈、玛尔赛、总兵梁化凤等率领主力由陆路出战；提督管效忠等领军由水路配合；总督郎廷佐等守城。清军先从观音山后分路进攻郑军杨祖部，斩杀杨部骁将蓝衍，攻上山头；击败杨部后乘胜以泰山压顶之势居高临下向郑军猛扑，俘郑军中提督甘辉、斩杀五军张英；接着，列营于山下的郑军林胜、陈魁两镇也全军覆没；随后，后提督万礼等在大桥头遭到清兵首尾夹攻，万礼被俘。
见陆师全线崩溃，朱成功只得命参军户官潘庚钟站在黄盖限的水师既要保护随军眷属，又要为撤退留下后路，再无力量扭转形势。清军乘战胜之威进攻朱成功的黄盖所在，潘庚钟力战阵亡。至此，南京之战完全失败。
二十五日，朱成功率领败军乘船到镇江；二十八日，主动放弃镇江、瓜州等城市，退出长江口；八月初四，郑军退到吴淞；初七，这位不肯服输的枭雄将兵船集中于平洋沙、稗沙一带，打算攻占崇明县城，控制长江出海口，以图下回再来。初十日，郑军攻打崇明，然而大败之后，军心动摇，部将韩英、王起俸被火铳击伤而亡。不得已之下，只得含羞忍辱，传令班师。
长江战役虽然以失败告终，却使清廷统治者闻风丧胆，也让各地的复明志士恢复了信心。此后，郑军退保金、厦，虽然有大海作凭仗，但“金门寸土，不足养兵；厦门丸城，奚堪生聚”面对困局，这位国姓爷不得不将目光转向隔海相望的台湾。
