Lực lượng tiếp ứng bên ngoài gồm 3 cánh quân:

• Một đội nghĩa quân chống Pháp khoảng 200 người được lệnh đánh thẳng vào Đồn Thủy (là khu nhượng địa, nay nằm ở vị trí bệnh viện Quân đội 108 ngày nay);
• Một mũi chờ sẵn trên các thuyền đậu gần một xưởng thuốc lá (trên bờ hồ Tây) tiến đánh thẳng vào cửa Bắc thành.
• Cánh quân thứ ba, rất nhiều nghĩa quân từ Sơn Tây về yểm trợ, trong đó 20 người là người của Hoàng Hoa Thám, được trang bị súng ngắn, chờ sẵn trước vọng lâu của phủ Toàn quyền, chuẩn bị đánh trại lính khố đỏ ở phía Tây (của nơi tập kết).

Cả ba cánh quân sẵn sàng chờ hiệu lệnh tiến công từ trong thành phát ra. Chờ đợi mãi không thấy hiệu lệnh tiến công như đã hẹn từ trong thành vọng ra, các cánh quân biết là bị lộ. Theo lệnh của Hoàng Hoa Thám, nghĩa quân ở các hướng khẩn trương rút ra ngoài để khỏi bị quân Pháp bắt.