此时，华雄也已击败邓贤的援军，率军赶来与张绣、周仓、廖化汇合。四将合力，趁胜追击，很快便拿下了泠苞、邓贤的两座营寨。邓贤见大势已去，只得与突围而出的泠苞一同率领残兵，向雒县逃去。
华雄等人打扫战场，清点战利品，发现此战共斩杀敌军一万余人，俘虏三千余人，缴获粮草军械无数。成大器得知捷报后，亲自率军前来犒劳将士，对四将大加赞赏。贾诩却提醒道：“主公，虽破二寨，但张任仍守雒城，此人足智多谋，不可轻敌。接下来攻打雒城，需更加谨慎。”
成大器点头称是，当即下令大军休整一日，次日再向雒城进发。而逃入雒城的泠苞、邓贤，向张任哭诉战败经过。张任闻言，眉头紧锁，沉声道：“二位将军不必自责，成大器兵力强盛，又有贾诩出谋划策，此次失利，实属正常。如今当务之急，是加固雒城防守，绝不能让成大器轻易攻城。”
于是，张任一面下令紧闭城门，在城上布满弓箭、滚石、擂木，一面派人向成都求援，请求刘璋再派援兵。刘璋得知二寨失守，大惊失色，连忙召集文武商议。黄权奏道：“主公，如今雒城危急，若再派援兵，成都防守便会空虚。不如一面令张任坚守雒城，一面派人前往荆州，向刘表求援。刘表与成大器素有旧怨，若能说服他出兵袭击成大器后方，定能解雒城之围。”
刘璋别无他法，只得依计行事，一面派人前往荆州求援，一面又调拨了两万大军，星夜送往雒城。然而，刘表此时正忙于应对江东成大器水军的威胁，根本无力出兵支援刘璋，只是虚与委蛇，拖延时日。而张任派出的求援使者，在途中竟被成大器的斥候截获，成大器得知刘璋向刘表求援的消息后，当即命人加强后方防守，同时加快了攻打雒城的步伐。
次日清晨，成大器率领大军抵达雒城之下。他勒马于阵前，望着城上严阵以待的士兵，高声喊道：“张任！如今二寨已破，雒城已成孤城，你若识时务，便打开城门投降，我定保你性命，还会向你委以重任！若执意抵抗，待我攻破城池，定让你死无葬身之地！”
张任站在城头，怒声道：“成大器！你乃乱臣贼子，侵我益州，害我大将，我岂能向你投降！你若有本事，便来攻城，某定与雒城共存亡！”说罢，他下令放箭，箭矢如雨点般向成大器的大军射来。
成大器见状，大怒道：“好个张任！竟敢如此狂妄！诸将听令，即刻攻城！”随着他一声令下，大军分为三路，分别从东、西、南三门发起进攻。华雄、张绣各率一路人马，推着云梯，向城头冲去；周仓、廖化则率领士兵，试图用撞木撞开城门。
城上的张任指挥若定，每当成大器的士兵靠近城墙，他便下令投掷滚石、擂木，发射火箭。一时间，喊杀声、惨叫声、兵器碰撞声交织在一起，雒城之下血流成河。成大器的士兵虽奋勇杀敌，但雒城城墙高大坚固，加上张任防守严密，激战半日，大军不仅未能攻破城门，反而死伤惨重。
成大器见状，只得下令撤军。他回到营中，面色凝重地对贾诩说：“张任果然厉害，雒城久攻不下，该如何是好？”贾诩沉思片刻，道：“主公，雒城防守严密，硬攻难克。不如一面令大军继续佯攻，吸引张任的注意力，一面派人寻找雒城附近的水源，若能切断城中的水源，不出数日，城中便会不战自乱。”
成大器眼前一亮，当即采纳了贾诩的计策。他命华雄、张绣继续率军佯攻，自己则与贾诩一同勘察雒城附近的地形。经过一番探查，他们发现雒城的水源主要来自城外一条名为“雒水”的河流，河水从城北流入城中。成大器当即命周仓、廖化率领五千精兵，前往城北的雒水上游，截断水流。
周仓、廖化领命后，率领士兵连夜赶往雒水上游。他们在河道狭窄处筑起一道堤坝，将河水引向别处。次日清晨，雒城内的士兵发现水源被断，顿时陷入恐慌。张任得知消息后，大惊失色，连忙派人前往城北查看，却发现堤坝已筑成，且有周仓、廖化率军守卫，根本无法靠近。
张任深知水源的重要性，若城中无水，不出三日，士兵便会失去战斗力。于是，他决定冒险出兵，夺回水源。当晚，他挑选了五千精锐士兵，趁着夜色，悄悄打开城门，向城北的堤坝进发。然而，贾诩早已料到张任会有此一举，他命廖化在城北设下埋伏，只等张任前来。
当张任的大军行至半路时，四周突然亮起火把，喊杀声四起。成大器的伏兵从两侧山林中杀出，将张任的大军团团围住。张任见状，心知中计，却也毫不慌乱，他率军奋勇突围，试图杀出一条血路。然而，成大器的伏兵越来越多，张任的士兵伤亡惨重，眼看就要全军覆没。
就在这危急关头，泠苞、邓贤率领城中剩余的士兵赶来支援。原来，泠苞、邓贤见张任深夜未归，担心他遭遇不测，便主动率军出城接应。张任见状，大喜过望，连忙与二人汇合，合力突围。经过一番血战，三人终于率领残兵退回雒城，但五千精锐士兵已所剩无几。
退回城中后，张任清点兵力，发现城中士兵已不足四万，且粮草日渐短缺，水源又被切断，形势愈发危急。泠苞、邓贤劝道：“将军，如今城中已难坚守，不如我们率军突围，退回成都，再图后事？”张任摇头道：“雒城乃成都屏障，若我等撤退，成大器便可长驱直入，成都危在旦夕。我已向主公立下军令状，定要守住雒城，哪怕战至最后一人，也绝不撤退！”
泠苞、邓贤见张任意志坚定，也不再多言，只得与他一同坚守城池。而成大器得知张任突围退回城中后，也不再急于攻城，只是命大军将雒城团团围住，断绝城中的粮草和水源，企图困死张任。
日子一天天过去，雒城内的情况越来越糟。士兵们因缺水缺粮，日渐虚弱，不少人甚至病倒在地。百姓们也陷入恐慌，纷纷向官府索要粮食和水源，城中秩序大乱。张任一面安抚百姓，一面派人四处寻找水源，却始终一无所获。
就在张任陷入绝境之时，成都方向突然传来消息：刘璋派来的三万援兵已抵达雒城附近，正准备冲破成大器的包围圈，与城中守军汇合。张任见状，大喜过望，连忙下令整顿军队，准备与援兵里应外合，突破重围。
然而，张任并不知道，这三万援兵早已被成大器的斥候发现。成大器得知消息后，与贾诩商议道：“若让援兵与城中守军汇合，雒城之围便会难解。不如我们先设下埋伏，歼灭援兵，再趁城中守军军心大乱之时，一举攻破雒城。”贾诩点头赞同，当即与成大器制定了伏击计划。
成大器命华雄、张绣率领三万大军，在援兵必经之路的一处山谷中设下埋伏；周仓、廖化则率领一万精兵，绕到援兵后方，截断他们的退路；自己则亲率两万大军，在山谷外接应。
果然，次日清晨，刘璋派来的两万援兵便进入了成大器设下的埋伏圈。华雄、张绣见状，当即下令伏兵杀出。援兵毫无防备，顿时阵脚大乱。华雄、张绣率军奋勇杀敌，援兵死伤惨重。就在援兵试图突围之时，周仓、廖化率领的一万精兵又从后方杀来，将援兵彻底包围。
经过一番激战，两万援兵几乎全军覆没，只有少数人侥幸逃脱。成大器命人将援兵的首级挂在雒城城下，以此震慑城中守军。城中士兵看到援兵被歼，顿时军心大乱，不少人甚至开始偷偷议论投降之事。
张任见状，心中悲愤交加，却也无可奈何。他深知雒城已难坚守，便召集泠苞、邓贤，沉声道：“如今援兵已歼，城中已无坚守之力。我决定明日开城出战，与成大器决一死战！若能侥幸取胜，或许还能为益州争取一线生机；若战败，便以死谢罪！”泠苞、邓贤闻言，也纷纷表示愿意与张任一同出战。