当陈汤的“多国部队”从天而降般地出现在眼皮底下时,郅支单于似乎仍蒙在鼓里。他所表现出的茫然、慌乱和无措,与先前的狡诈、强硬形成了鲜明对比。面对大军压境,他遣使来问:“汉兵来这里干什么?”汉军的回答十分有趣:“单于您曾上书言居困厄,愿归顺强汉,身入朝觐。天子可怜您放弃大国,屈居康居,故使都护将军来迎。”双方就这样一问一答,交涉了好几通外交辞令,最终汉方不耐烦了,下达最后通牒:“我们兵来道远,人困马乏,粮食也不多了,叫贵单于和大臣快拿个主意罢。”
战争的火药味终于弥漫开来。战幕随即正式拉开,联军挺进到都赖水(今哈萨克斯坦塔拉斯河)畔,距敌城三里处扎阵。只见单于城上五色旗帜迎风飘扬,数百人披甲戒备城上,百余骑在城下来往驰骋,城门口还有百余步兵摆成鱼鳞阵,操练演习,以耀兵威。城上守军向联军大声挑战:“有种的过来!”面对郅支单于的疑兵架势,甘延寿、陈汤指挥下的汉胡联军严阵以待,沉着应对。
当百余名匈奴骑兵直冲汉军营垒而来时,汉营军士“皆张弩持满指之”,敌骑迅速引退。随后,汉军强弓部队出营,射击城门外操练的匈奴步、骑兵,被攻击者立时丧胆,撤回城内,紧闭城门。见敌胆怯,甘延寿、陈汤下达了总攻命令。在阵阵令大地都震颤的战鼓声中,联军开始攻击,弓箭如瓢泼大雨般射向城楼。单于城是一座土城,其外另有两层坚固的木城。匈奴人顽强抵抗,从木城栅格里向外放箭,同联军展开激烈对射。此刻,郅支单于作困兽犹斗状,全身披甲亲自在城楼上指挥作战。他的数十位妻妾也都用弓箭反击,遏阻联军攻势。