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帖木儿利用瓦刺的卫拉特部，加上自己少量的军队攻击鞑靼，其实也是看到使其臣服无望，暂时起到一个牵制的作用，不是万不得已，他是不会和鞑靼正式开战的，因为帖木儿也是游牧人出身，知道在草原上相互追逐，是多么的浪费时间，如果能找到主力决战还好些，否则光是游击，就可以让帖木儿耗尽元气。
在马哈木、太平、把秃字罗三人率军出征的同时，他也率领主力进军沙州地区。他不怕马哈木、太平、把秃字罗三人背叛他，是因为瓦刺即后人们所称的“卫拉特”。因众多游牧于大漠以西，故又有“漠西蒙古”或“西蒙古”之称，与成吉思汗“黄金家族”有世婚关系，在蒙古国中一直享有“亲视诸王”的特殊地位，在蒙元时期，该部中因有许多人支持阿里不哥和海都反对忽必烈，基本上和忽必烈一系是世仇关系，一副不死不休的局面。
帖木儿的前锋骑兵大约八万人，是十月初四完成对沙州的包围。在初五的凌晨开始了攻城。 他不能再等了，只能趁严寒到来之前，争取向南方扩展一些，那样至少可以让部分将士避过沙漠肆虐的寒风。
因为时间充沛，宋晟已经将兵力收缩，把沙州布置成沟壑纵横、不便于骑兵的进攻的地区，这里南枕气势雄伟的祁连山，西接浩瀚无垠的罗布泊荒原，北靠嶙峋蛇曲的北塞山，东峙峰岩突兀的三危山。是个群山拥抱的天然小盆地，党河是沙州唯一的水源供应。
所以帖木儿将主要的攻击点集中在鸣沙山地带和党河两岸及其下游地带，用骑兵对矮小的城垒进行猛烈的冲杀。
对于帖木儿骑兵毫无预兆的到来，这是宋晟没有思想准备的。当他来到城楼巡视，正在准备与攻城的敌人顽强抵抗的部将们都对他诉说：
“帖木儿的骑兵要比蒙古迅猛，冲起来又快又猛，单靠矮小的城墙是挡不住的。如果让他们突破沟壑冲到城下来了，就更不好办了。他们可以爬城。可以用炸药炸城垒。”
默默听着这些话，也认为这确是危险的关键所在，需要想出对付的法子，来制服敌人。他沉着地爬上城垒。走到火枪兵的射孔旁边，从射孔处细细观看敌人的阵容。他不得不承认，敌人确很骁勇。
策马冲起来如同平地卷起一阵狂风，尽管火枪齐发，对于狂飙中的骑兵所能起到的作用也不会太大。这不仅使将士们焦急。就是他这位主帅，看到这种情景也很焦急。
不过，帖木儿的骑兵一旦开始进行试探性的攻击，大家就发现了情况，冲到近处来的时候，骑兵的前进速度明显地变慢了。而且很多马翻人倒。显然这不是中枪倒下的，因为此时他还没有下达反击的命令。什么原因？
……看清了，看清了，是城垒下那一片星罗棋布的壕堑发挥的作用。原来敌人为了拉近城墙的距离，他们惟恐战马跑得不快。猛力加鞭，催动着坐骑疯狂般地冲过来。战马在这种凶猛的冲刺下，陡然遇到横在面前的壕堑，无法收住飞奔的脚步，惊诧起来，失却平衡，栽倒在深深的壕堑里了。
这一发现使宋晟很高兴。毕竟是首次和帖木儿交手。在他不明白对方的实力时，对方也不了解大明的战斗方法，拿这种骑兵作战的冲锋来攻城，似乎有些高看了帖木儿的智商。
他立即把部将召集拢来，将这一发现告诉大家，并要求各部安排一批火枪手。向坠入壕堑的敌人进行精确射击，加强杀伤力和准确度。同时各部组织追杀队，候在城垒门边，准备钩、枪一类武器，以便随时扑出城去。拦杀冲近城边的敌人。
他的办法很奏效，果然大大地杀伤了敌人。敌人冲锋的势头明显地减弱了，战马奔驰的速度也变慢了。这样一来，火枪手们的作用就大大地发挥出来了，有更多的敌人在冲锋中死于枪弹之下。
帖木儿对第一次的进攻所付出的伤亡代价感到十分愤怒，虽然是试探性的进攻，但为了减少伤亡，他匆匆地收了兵。
宋晟明白，虽然打退了敌人的第一次进攻，还会引来敌人更多、更频繁、更猛烈的进攻。怎样才能打败敌人第二次、第三次……以及以后每一次的进攻，还需要做更多的准备工作。当天深夜里，他就组织士兵带百姓悄悄出城增挖、清理壕堑，并在壕堑里埋下竹签、蒺藜之类，好让对方丢下更多的尸首。至少要坚持二十天以上，这个任务并不轻松。
接二连三的受挫，使帖木儿十分恼火。自帖木儿汗国成立以来，他指挥过不少的战斗，虽说都有伤亡，但像这种久攻不下，而且还看不到对手模样的战斗却是绝无仅有的。
他原想像沙州这种无险可依的城池，只要大军一到，就可以攻下来的。不想攻了整整七天了，沙州城却仍然牢牢把握在大明手中。
不过他毕竟是从战争中滚打出来的，有着丰富的作战经验，明白攻城是不能急躁的，胜利往往产生于耐心地捕捉战机。于是，他采取围而不攻的策略。一方面将包围圈缩得紧紧的，完全切断城内与外界的联系，特别是彻底切断运输线，企图将明军困死在城里；另一方面，让自己的部队得以养精蓄锐，等待大明军队人饥心散之时，发起猛攻。
按照这一如意算盘又拖了七天后，仍不见城里有异样的动静。半个月了，他仍旧一点办法也没有，这种光凭火器远程杀敌的办法他无法破掉，因为城四周的沟壑严重的阻碍了他的骑兵，就算以伤亡换取距离也办不到。
而宋晟所部却心里暗自高兴，半个月过去了，再守十天左右，他们的任务就圆满的完成，到时候最大的问题就是怎么能悄然撤退，沙州城内已经基本没有居民存在了，为了保持军事上的优势，火炮也只留了十门。现在只等着帖木儿疯狂时才用，粮食储备还可以在支撑一个月左右，就算到时吃不完，一把火烧掉了之就可以了。
帖木儿这么围而不攻。反让城里的守军养精蓄锐了。帖木儿猜出结果之后，又恢复了猛烈的进攻。不过不是用骑兵，而是转而用附属国的步兵开始边攻打边填沟壑，又派了一队精锐，去了党河的中游，企图切断水源，断绝城中的供水也是很致命的，而后再用骑兵攻击。这种办法是慢，但是可以一直保持着兵卒们的战斗意志，给他们一个希望。
转眼已经到了十月底。可沙州城仍然没能拿下来。正当他难以举措的时候，他安排的后备部队到了。
“军长大人，后方有信号，我们可以撤退了！”
“是吗？”宋晟兴奋地这么应了一声，就匆匆地朝后庭走了去。楚越知道一定是有什么急事，便尾随着跟了去。
“今天一大早，帖木儿就出动几千步兵，在城南那边攻城。”宋晟忧心如焚地说。
楚越问：“怎么又是步兵了？”
“是呀，在城南那边攻城的是步兵，我去看了，还接到探子报来的消息。说是敌人的增援部队到了。”
楚越吃惊地说：“眼下仗打得怎么样了？”
宋晟说：“这支增援部队打得很猛。我赶到城垒边的时候，已冲到城下来了。我赶忙调集大批火枪手，才将敌人压了回去。”
楚越忧心忡忡的说：“对方这么不停的攻着，我们想要脱身可不容易。二万多人，目标太大了！”
“唉”宋晟哀叹了一声，像重锤般地敲击着楚越的心。万一被骑兵咬住不放。全军就有哈密城那种惨遭屠戮的危险！他不敢想象那种惨剧的发生。用十分坚决的语气说：“军长，使用炮击吧！”