红七军迅速在东门外用沙袋垒出工事，架起机枪封锁城门，掩护爆破队挖地道，坑道口距离城墙四五十米远。红三军团派来了一名曾经负责爆破会昌城墙的科长做技术指导。红军刚开始挖坑道时便被守军发现，不断地向坑道口射击，投掷手榴弹。由于坑道口小，仅容三人作业，历经十几天才将坑道延伸至墙下。
但马昆接到密报后在东门外建起第二道防御工事，并加强了兵力，红军组织了四次冲锋均被打退，东门爆破宣告失败。而西门和南门的爆破都因为坑道积水，未能引爆炸药。
红军第一次攻城失败，彭得华并不气馁，从新组织再次攻城。红七军再次组成爆破队，由姜茂生负责，而重组的突击队，由第五十五团团长黄勉昌指挥。
与此同时，马昆电告朱绍良救援，朱命吉安陈诚部增援。陈诚派出十一师、十四师，由罗卓英率驰援赣州，于二十九日抵达赣州西北，并在北门架设起一座浮桥。当晚马昆冒险出城与罗卓英会面，两人决定“缩小阵地，增兵进城，内外夹攻，以解赣围”。罗遂派出黄维带领二个团和一个工兵营从偷渡入城，并令其一部从两侧包围红军，未被红军察觉。三月一日，第十一师三十一旅推进至黄金渡、欧潭、黎人坡一线，第三十二旅进至横石、神背、通天岩。第十四师四十一旅进至南桥、杨梅渡，第四十旅进至赤珠岭。粤军余汉谋部第一军共二师二旅和一个教导团有增援之势。
彭得华、滕代远得知罗卓英援兵向赣挺进后，在二月二十三日电告中革军委，提出“攻破可能性很小” 。然而中革军委不顾实际情况，也未采纳彭、滕二人的意见，反而在三月一日直接将总部移动至赣州前线直接指挥。同日发布了《围攻赣州的训令》，《训令》提出赣州附近建立了许多红色政权，已将赣州围困于苏区之中。
红军不但能攻下赣州，且能消灭来援国军，从而更顺利地夺取吉安。因此中革军委又增调红五军团参战，要求“坚决夺取赣州”。
三月四日，红军再次攻城，然而在攻城之前，一个原是马昆部下的红军战士叛逃，导致马昆做了准备，所以红军攻城计划仍未得手 。红军连续四次攻城不下，却仍屯兵城下。马昆暗暗出城与罗卓英密谋，决定利用红军无防御设施，部队伤亡过大及疲惫的机会进行偷袭。
三月五日，当红军正打算再次攻城的时候，国军先前潜入城中的两个团开始在城墙上打洞，准备对红军进行偷袭。
三月七日，国军分三路向红军发动袭击，第一师政委黄克诚由于攻城不利没有睡着，听到外面有动静，便叫醒师长侯中英。侯中英立刻走出室内。黄克诚带领一个通讯班在一个隐蔽的地方向军团司令部汇报，请求撤退。军团参谋长邓萍拒绝了请求。黄克诚又让师直属队撤至南门以东的山上，此后在通知特务连连长刘少卿撤离师指挥部时，国军已经打到了师部。
黄克诚迅速带领通讯班撤离，途径机场时谎称是罗卓英的部队侥幸穿过。后黄克诚赶至二师师部，建议二师师长郭炳生指挥部队撤退。郭以没有上级命令为由拒绝。黄克诚返回一师驻地，由于红三团一名军官反水，告知了国军红军的联络信号和集结地点，国军遂挖通了抵达红三兵团驻地的地道，师长侯中英在撤退时被俘。在国军偷袭红军时，红三军团第一师师长侯中英及其大部被俘，后师长侯中英被杀害。红四军第十七师政委张赤男、红五军团第十三军政委欧阳健等十多名师、团级红军将领阵亡。
红五军团迅速赶到了赣州，对国军的围袭进行反扑，掩护主力部队撤退至白云山、天竺山一带。
三月八日，中革军委意识到了攻克赣州已成为不可能，下令撤围赣州。至此，历时三十三天的赣州战役以红军惨败结束。
赣州战役历时三十三天，不仅城未攻破，反遭很大伤亡，而且丧失了利用当时有利形势，充分发动群众，扩大红军，巩固与扩展苏区的宝贵时间。同时，在政治上缓和了广东军阀与蒋中正之间的矛盾，为后来的反“围剿”作战增添了新的困难。
在战法运用上，违反了战略上持久、战役战斗上速决，战略以少胜多，战役战斗以多胜少，分兵发动群众、集中应付敌人等重要原则。
战役指挥上的失误主要有：敌情不明，贸然攻城；对援敌主要方向判断上重南轻北；兵力使用不够集中，攻城与打援的关系处理得不好。
由于战事的失利，项英于三月间的一天拜访了被冷遇的毛咏芝。当项英出现在毛咏芝办公室的门口，看到毛咏芝仰躺在一张竹椅上抽烟，办公室一片烟雾缭绕，项英感觉有点呛人，接连打了几个喷嚏。项英来不及向毛咏芝问好，毛咏芝一边用蒲扇扇着烟雾一边先开口了：
“我这烟鬼，搞得满屋子烟雾的，你不抽烟的人就受不了这呛味。项英同志呀，你大驾光临，一定有什么事情？”
“来看看你，这段时间委屈你了。”
“坐，先坐下来慢慢说。”项英随着毛咏芝的手所指在毛咏芝对面的一张竹椅上坐下。毛咏芝说：“我个人有什么委屈，只是目前这局势，我担心呀。”
“润之同志，这次打赣州打砸了，你一定知道了？”
“这么大的事，我毛咏芝能够不关心吗？不管怎么说，我还是一个党员，还是一位红军战士。赣州这一仗，真令人痛心啊。那么多久经锻炼的指战员，那么多久经战火锻炼的红军战士，在一次战斗中都没了，令人痛心啊。再来几个赣州战斗，我们几年来辛辛苦苦聚集的老本就要陪光了，令人担心哪。”
“关于这次战役作战方案的确定，我项英也有责任。在那次会议上，只有你毛润之同志一个人反对打赣州，当时我用彭得华同志两个月以前说的话反驳你，现在我才发现我是大错特错了。”
“也不是你一个人的错。实际上，你项英同志也不能最后决定问题。目前党内一些人废弃了党内民主生活，喜欢一个人大权独揽，对苏区的实际情况不了解却偏偏要在遥远的外国遥控中央，指责苏区的工作这也不对那也错误，把苏区的工作说得一无是处。听不进别人的意见，一概地发号施令，我担心啊。”
“但是根据党的组织原则，我们不能不按陈绍禹同志的指示办，也不能不听秦邦宪同志的具体领导。”
“是啊，下级服从上级这一条我们是无论如何必须要坚持的，我们共产党内部绝不能搞政变啊。”
“润之同志，今天我来，有一个想法跟你谈谈，你能不能忍辱负重，以不挂职的身份参与领导红军作战的工作？”
毛咏芝正要点燃一支烟，忽然想起项英被呛，于是把烟放在办公桌上，略作沉吟，说：“项英同志，挂职不挂职并不重要，如果同志们希望我能够给作战方面提一些参考意见，我当然是愿意的。”
项英高兴了：“好吧，那就这样办，我项英很希望你参与作战策划和指挥。”
赣州战役给红军指战员们带来深刻的教训。彭得华在他的日记里对赣州战役提出了反思，他在日记里记载：“红军没有在国军援军增援时积极打援，是战争失败的主要原因。”
朱总司令在总结赣州战役的时候也认为，由于前三次的反围剿胜利，中央冲昏了头脑，直接导致其放弃游击战术，转而攻打大城市。
另外，本来蒋中正已于二月电令第十八军陈诚部驰援上海参加于一月二十八日展开的淞沪抗战，但是由于红军发动了赣州战役，导致陈诚部被拖在赣州长达一个月之久。错过了淞沪抗战。
