Được tin Doãn Tử Kỳ mang đại quân đến đánh, Hứa Viễn vội sai người đi cấp báo cho Trương Tuần, đề nghị trở về cùng giữ thành. Trương Tuần được tin bèn mang quân bản bộ vào thành Tuy Dương.

Trong thành Tuy Dương, Hứa Viễn trao cho Trương Tuần việc binh, bản thân mình làm việc hậu cần. Hai người thành tâm cộng tác chống Yên.

Đợt tấn công thứ nhất

Doãn Tử Kỳ kéo đến vây thành. Quân Đường trong thành cố thủ không ra đánh.

Trương Tuần nhân một đêm tối không trăng, hạ lệnh cho quân sĩ giong trống mở cờ giả cách muốn ra đánh. Doãn Tử Kỳ vội cho quân ra cự địch thì Trương Tuần lại rút vào. Quân Yên thấy quân Đường rút vào thành bèn tản đi. Lúc đó Trương Tuần mới sai bộ tướng Nam Tề Vân ra tập kích, chém tướng dưới cờ, bắt sống 60 người, giết hơn vạn quân Yên.[2]

Đợt tấn công thứ hai

Quân Yên tạm rút lui, nhưng sau đó lại trở lại bủa vây. Trương Tuần muốn bắn chết Doãn Tử Kỳ nhưng không biết Tử Kỳ đi đâu, bèn lập kế cho quân sĩ dùng cành sậy làm mũi tên, bắn sang quân Yên. Quân Yên cho rằng quân Đường đã hết tên, bèn báo cho Tử Kỳ biết.

Tử Kỳ bèn đích thân đến trước thành khiêu chiến. Nam Tề Vân nhận ra đúng mặt Tử Kỳ bèn giương cung bắn một phát trúng mắt trái Tử Kỳ. Tử Kỳ đau quá nằm rạp xuống ngựa tháo chạy. Trương Tuần xua quân ra đánh, giết được rất nhiều quân Yên.

Trong thành Tuy Dương lúc đó có 6 vạn hộc lương nhưng trong tình trạng bị bao vây ngặt nghèo. Giữa lúc đó Quắc vương Lý Cự hạ lệnh điều 3 vạn hộc lương cho Bộc Dương và Tế Âm.[5] Hứa Viễn không đồng ý chuyển lương đi vì cần cho việc nuôi quân phòng thủ. Lý Cự không nghe, ép phải chuyển lương cho Tế Âm. Tướng giữ Tế Âm sau khi được 3 vạn hộc lương lại đầu hàng Doãn Tử Kỳ, khiến cho quân Yên được tiếp sức càng mạnh lên trong khi quân Đường bị suy yếu đi.

Đợt tấn công thứ ba

Thành bị đói

Doãn Tử Kỳ mang quân trở lại đánh Tuy Dương lần thứ 3. Trương Tuần cố thủ kiên cường trong thành, nhiều lần đẩy lui được quân Yên.

Nhưng sau đó trong thành hết lương. Nhân dân trong thành phải ăn cả vỏ cây, chim sẻ, thịt chuột, rồi giết ngựa chiến để ăn.[2] Nhiều quân sĩ bị chết đói, chỉ còn lại vài trăm người ốm yếu. Trương Tuần phải giết cả người thiếp yêu lấy thịt cho quân sĩ ăn,[3] sau đó luân phiên tới ăn thịt phụ nữ trong thành, hết phụ nữ rồi đến người già, rồi phải ăn thịt trẻ con. Dần dần tất cả hơn 2 vạn dân trong thành lần lượt bị giết làm lương cho quân sĩ.[2]

Nam Tễ Vân cầu viện

Trong tình thế nguy cấp, Trương Tuần phái mãnh tướng Nam Tễ Vân cảm tử phá vòng vây ra ngoài cầu viện. Nam Tề Vân đột phá ra được bên ngoài. Lúc đó Hứa Thúc Ký đóng quân ở Tiếu quận,[6] Thượng Hành đóng quân ở Bành Thành[7] đều không chịu ra quân cứu Tuy Dương.

Trong thành hết lương, "giấy gói trà[8] đã hết, bèn ăn ngựa; ngựa hết, bẫy sẻ đào chuột", bắt đầu phải ăn người. Trương Tuần đem ái thiếp sung làm quân lương, "rồi mới đến phụ nữ trong thành, cũng hết, tiếp theo là người già, đàn ông" [9]. Trương Tuần phái Nam Tễ Vân soái lĩnh 30 kỵ binh đột vây đến Lâm Hoài [10] cầu viện Ngự sử đại phu Hạ Lan Tiến Minh.

Tiến Minh nói: "Sự tồn vong của Tuy Dương đã rõ rồi, xuất binh có ích gì?" Tễ Vẫn đáp: "Thành còn chưa bị hạ. Nếu mất rồi, xin lấy cái chết để tạ lỗi với đại phu." Tiến Minh khiếp sợ phản quân, lại đố kỵ công lao và danh vọng của Trương Tuần, Hứa Viễn hơn hẳn mình, không muốn phát binh. Ông ta yêu thích sự hùng tráng của Nam Tễ Vân, muốn lưu lại, bèn bày tiệc để chiêu đãi. Nhạc trỗi lên, Nam Tễ Vân liền rút bội đao chặt đứt ngón tay giữa, đưa ngón tay còn chảy máu ròng ròng cho Hạ Lan Tiến Minh xem [11], rồi nói: "Khi Vân đến đây, người Tuy Dương đã không ăn hơn tháng rồi. Nay đại phu không chịu xuất binh, nếu Vân một mình được ăn uống, nghe nhạc, về mặt đạo nghĩa thật là bất nhẫn; dẫu có ăn cũng không nuốt xuống được." Những người trong tiệc đều cảm động mà rơi nước mắt[9][12].

Hạ Lan vẫn không động lòng, ông phẫn uất bỏ đi. Trong lúc ra thành, ông quay lại giương cung bắn vào tòa phù đồ (tức là cái tháp để thờ Phật), ngập sâu đến nửa mũi tên, mà rằng: "Sau khi bình định phản tặc, ắt quay lại giết Hạ Lan, nay lưu mũi tên này lại làm dấu."

Nam Tễ Vân trở lại Ninh Lăng chiêu mộ được 3.000 quân, lại phá vây vào thành. Quân sĩ đụng độ với quân Yên bị chết khá nhiều, chỉ còn lại 1000 người lọt được vào trong thành Tuy Dương. Người trong thành biết sẽ không có viện binh, khốc rống lên suốt vài ngày

Doãn Tử Kỳ hạ thành

Doãn Tử Kỳ từ khi thấy Nam Tề Vân đi thoát, đoán sẽ có viện binh đến cứu nên ngày đêm lo phòng thủ; nhưng sau đó thấy Nam Tề Vân một mình cùng vài ngàn quân trở lại, biết là Tuy Dương sẽ không được cứu viện, nên càng siết chặt vòng vây.

Các tướng khuyên Trương Tuần phá vây đi về phía đông nhưng ông cho rằng Tuy Dương là phên dậu của Giang Hoài, nếu bỏ thành này đi thì quân Yên sẽ thừa cơ xuống phía nam, Giang Hoài sẽ mất; quân trong thành toàn những người nhịn đói sẽ khó thoát chết, chi bằng chết cùng thành.

Hứa Viễn cũng tán thành với ý kiến của ông. Quân Yên công phá, Trương Tuần vẫn dốc sức ứng chiến. Mỗi lần ra trận, Trương Tuần nổi giận dữ, mắt mở to, hai hàm răng nghiến chặt lại với nhau tới mức có răng bị gãy.[2]

Quân Đường ăn hết 2 vạn dân chúng, cuối cùng trong thành chỉ còn chưa đến 400 người. Doãn Tử Kỳ dùng thang mây đánh thành, quân giữ thành đói đến nỗi không giương được cung. Thành Tuy Dương sức cùng lực kiệt, đến ngày Quý Sửu (9) tháng 10 năm Đinh Dậu[13] (24 tháng 11 năm 757) bị quân Yên hạ. Trương Tuần cùng Hứa Viễn và Nam Tề Vân đều bị bắt sống. Doãn Tử Kỳ không tin Trương Tuần ra trận nghiến răng tới mức gãy răng, bèn sai quân dùng đại đao cạy miệng ông ra xem, thì quả nhiên thấy chỉ còn 3 chiếc răng.[2]

Doãn Tử Kỳ khuyên Trương Tuần đầu hàng, Trương Tuần nói lớn: "Nam Bát, nam nhi như ngươi, không thể chịu khuất mà làm việc bất nghĩa." Nam Tễ Vân cười đáp: "Vốn đã muốn làm như vậy, nay lại có lời của ngài, nào dám không chết?" Rồi bất khuất mà chết.

Trừ Hứa Viễn bị giải về Lạc Dương, còn lại Trương Tuần, Nam Tễ Vân, Lôi Vạn Xuân cùng 25 viên tướng từng thắng trận ở Ninh Lăng là Thạch Thừa Bình, Lý Từ, Lục Nguyên Hoàng, Chu Khuê, Tống Nhược Hư, Dương Chấn Uy, Cảnh Khánh Lễ, Mã Nhật Thăng, Trương Duy Thanh, Liêm Thản, Trương Trọng, Tôn Cảnh Xu, Triệu Liên Thành, Vương Sâm, Kiều Thiệu Tuấn, Trương Cung Mặc, Chúc Trung, Lý Gia Ẩn, Địch Lương Phụ, Tôn Đình Kiểu, Phùng Nhan (4 người không rõ danh tính) đồng tuẫn nạn ở Tuy Dương.