再说洛阳北门守军见兖军与魏军在城外激战，吓得紧闭城门，他们都已经是饿的眼冒金星了，哪里还有心思考虑其他。薛虎子见魏军不光进城不得，反而被兖军击败退走，急的是方寸大乱。
垣闯军击退韦东后，次日便下令全军，开始攻城，此时垣闯军在东门，陶松在北门，曹山在西门，薛虎子令军士四面守定。西门外的曹山部率先发起攻击，冒着箭雨冲到城下，援梯而上，蚁附攻城，西门守军全部到城墙上坚守，东门和北门也在半个时辰后开始攻城。
西门魏军正在城墙上苦苦支撑，突然自西门内的暗巷中杀出一伙百姓，向城门的魏军发起了进攻，此时西门魏军主力都在城头上，城门内防守空虚。只见这伙百姓战力强悍，很快便全歼守门军士。但城墙上的魏军也赶下来增援，其中一个头目模样的指挥众人一面抵抗，一面命人打开城门，城外的兖军一拥而入，西门守城军士本来就已断粮多日，又见兖军大至，便全部缴械投降。
原来这伙百姓就是那些假扮运粮的兖军，他们进城被安排在馆舍后，怕暴露身份，便以外出吃酒为名，到得僻静地方，换上百姓衣服，在西门附近潜藏，随时准备接应攻城的兖军。
曹山率部从西门攻入后，又迅速朝北门杀去。薛虎子的两万余人分布四方，城内哪里还有兵士驻守。曹山途中未遇任何抵抗，迅速抵达北门，展开猛攻。只见兖军沿着马道蜂拥上城，并且迅速将城门处守军歼灭，打开城门，城外的陶松部也一拥而入，城墙上的守军见状亦全部投降。两军又合兵一处，向东门进发。
薛虎子接连收到西门和北门失守的战报后，万念俱灰。洛阳重地，一旦失守，就算自己活着逃出去也是死罪。外面兖军的喊杀声越来越近，穷途末路之下，令副将率众出降，自己则回到后堂，自缢而死。
这样，兖军西路顺利攻取洛阳，这座历史悠久的古城，沦陷一百多年后终于重新回到了汉人手中。垣闯率大军进城时，百姓扶老携幼，夹道欢迎。短暂休整后，垣闯命曹山率两万人西出洛阳五十里驻防，以防西魏。
