Thành bị vây bức nhiều tháng, Thẩm Phối kiên trì giữ thành. Tào Tháo dẫn nước sông Chương vào hào đào ngoài thành khiến nhân dân trong thành không thể ra kiếm lương, bị chết đói quá nửa[3].

Tháng 7 năm đó, Viên Thượng nghe tin Nghiệp Thành bị Tào Tháo vây bức, bèn ngừng tấn công Viên Đàm ở Bình Nguyên, mang 1 vạn quân về cứu Nghiệp Thành. Viên Thượng tới gần Nghiệp Thành bèn đốt lửa làm hiệu, định hội với quân Thẩm Phối ra cùng giáp công.

Tào Tháo nghe tin Viên Thượng trở về bèn điều quân chặn đánh. Thẩm Phối thấy lửa hiệu của Viên Thượng, bèn mở cửa thành thúc quân ra tiếp ứng, nhưng bị quân Tào đánh rát không thể ra được, phải bật trở vào trong thành[4].

Viên Thượng tiến tới eo sông Chương thì bị quân Tào vây chặt. Viên Thượng thấy tình thế cấp bách bèn viết thư sai người đưa sang cho Tào Tháo xin giảng hòa. Tuy nhiên, Tào Tháo tiếp thư không chấp nhận, trong khi đó thì bộ tướng của Viên Thượng là Mã Diên bỏ chủ chạy sang hàng Tào Tháo.

Hơn 1 vạn quân Viên Thượng tan rã. Viên Thượng sợ hãi, phải bỏ cả áo giáp, ấn thụ và vật nặng mà bỏ chạy sang nước Trung Sơn[4]. Không lâu sau cháu Thẩm Phối là Thẩm Vinh mở cửa đông cho quân Tào kéo vào thành. Thành bị hạ, Thẩm Phối không đầu hàng bị chém. Chị dâu Viên Thượng (vợ Viên Hy) là Chân Lạc kẹt ở trong thành, bị con Tào Tháo là Tào Phi bắt được và lấy làm vợ.