男丁全部编入守城队，连夜在城墙上架起上百具连弩，每具连弩能一次发射多支弩箭。城外的绿林军以一万七千人对阵昆阳城内冯异的守军，兵力上并不占优，但绿林军连战连捷，士气高昂到了极点。
刘秀派斥候将昆阳城周边地形逐一测绘，发现城北有一条湍河支流，河水从伏牛山深处流出，绕昆阳城北向东汇入汝水。正值夏汛，河水暴涨，平时齐腰深的河水这几天已涨到数丈深。更致命的是，昆阳城的地势是南高北低——如果有人在湍河上游拦水筑坝，决堤放水，洪水会沿着昆阳北城墙的墙根直灌入城。他把这个发现告诉了麾下众将，然后说不用紧张，他倒想让王莽也看见这条河。
当王莽的四十二万大军抵达昆阳城下时，昆阳守将冯异在城墙上看到远处地平线上涌来的遮天蔽日的旌旗时，激动得热泪盈眶——他死守了这么多天，终于等来了援军。四十二万大军在昆阳城外扎下连营百里，营寨相连，篝火相接。刘秀站在昆阳城东北的山岗上，俯瞰着这片铺天盖地的营火。他叫来副将王常，指着远方那条在月光下闪闪发亮的湍河，说他要赌一件事——王莽把他的四十二万大军全部扎在昆阳城北的河谷里，因为那里地势平坦，靠近水源，最适合大军驻扎。但那里也是洪水最直接的冲击面。他要趁王莽主力抵达后尚未完成阵型转换时，率三千精兵从昆阳城东的狭窄山道直冲王莽的中军大营。
次日清晨，王莽的大军开始攻山岗。昆阳城下，尸积如山。新朝军队以重装步兵梯次推进，冲车在前，弓弩手在后，一波接一波地冲击着昆阳山岗城墙。城墙上的绿林军拼死抵抗，滚木、礌石、火油罐从城头倾泻而下，新朝士兵被砸碎的头颅和断肢在城墙根下堆成一道血红色的斜坡。
战斗持续了整整几个时辰。刘秀一直站在城头最显眼的位置，亲自擂鼓。他的战袍被流矢射穿了三个洞，盔缨被削掉一截，但他一步也没有退。他身旁的士卒换了三批，每一批都是活人顶替倒下的袍泽，继续把滚木从垛口推下去。
傍晚时分，风云突变。夏汛的暴雨倾盆而下，湍河上游的拦水坝在暴雨中轰然崩塌，积蓄已久的河水如脱缰的野马般冲向昆阳城北的河谷。洪水裹挟着泥沙、断木和磨盘大的石块，以摧枯拉朽之势灌入新朝大军的连营。首当其冲的是驻扎在河谷最低处的前锋营，数千人在睡梦中被洪水卷走，连惨叫都来不及发出。紧接着洪水冲向中军大营，营帐被连根拔起，粮车被冲得七零八落，士兵们挣扎着爬上断裂的木桩，又被新的洪峰打下去。四十二万大军的连营乱成了
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