刘协率领大军兵临邺城之下，面对坚固的城池，刘协决定采取长期围困的策略。他命令士兵们筑起高高的土墩，以便俯瞰城内的情况，同时挖掘隧道，试图从地下突破邺城的防线。士兵们夜以继日地劳作，土墩越来越高，隧道也在不断地向城内延伸。

在筑土墩的过程中，刘协亲自视察工地，鼓舞士气。他对士兵们说：“此城乃袁家之要害，攻克之，可定北方。尔等当奋勇向前，不得懈怠。”士兵们备受鼓舞，干劲十足。

挖掘隧道则充满了危险，一方面要防止隧道坍塌，另一方面还要防备城内守军的察觉。刘协派遣了经验丰富的工兵将领负责此项任务，他们小心翼翼地推进隧道，时刻保持警惕。

城内的守军在袁尚的指挥下，也积极进行防御。他们加强了城墙的守卫，设置了各种防御设施，如滚木、礌石、热油等，以阻止刘协军队的进攻。当发现刘协军队在筑土墩和挖隧道时，守军也采取了相应的对策。他们在城内挖掘反地道，试图破坏刘协的隧道，同时向土墩上的刘军射箭、投石，给刘军造成了一定的伤亡。

苏由作为城内守军的一员，对袁尚的统治感到不满，他认为袁家大势已去，刘协才是能够统一北方的明主。于是，苏由暗中策划叛变，准备打开城门迎接刘协军队进城。然而，他的计划被其他守军发现，苏由无奈之下只好逃往刘协处。

随着时间的推移，邺城的守军逐渐疲惫，城内的物资也越来越匮乏。在这种情况下，沈佩的侄子沈荣对袁尚失去了信心。他认为继续抵抗下去只有死路一条，于是决定背叛袁尚，打开东门让刘协军队进城。

9月 13日（儒略历），沈荣趁夜打开了东门，刘协军队如潮水般涌入邺城。城内的守军顿时陷入混乱，袁尚见大势已去，只好带领少数亲信逃离邺城。刘协成功占领邺城，此役极大地削弱了袁家在冀州的势力。

刘协占领邺城后，采取了一系列政治举措。他首先雇用了许多袁绍的前官员，这些官员在袁绍统治时期积累了丰富的经验和才能，刘协希望他们能够为自己效力，帮助自己治理新征服的领土。