取得东线重大胜利以后，李来亨、刘体纯、郝摇旗又联合袁宗第、党守素、塔天宝、马腾云共计七部约五万明军（均为原大顺军）乘胜西上，准备一举击破四川清军。当时，清四川总督李国英统率的官兵已进抵巫山县城。部下除提督郑蛟麟和重夔、建昌、遵义、永宁等镇陆师以外，还有不久前降清、熟悉三峡形势的明向化侯谭诣、慕义侯谭弘部水师，兵力相当雄厚。
八月二十四日，刘体纯，李来亨等七部数万之众乘船直抵巫山城下。次日凌晨，开始强行攻城。巫山县地处长江三峡之中，县城面江背山。清人李调元《巫山县》诗云：“小小巫山县，云峰密似麻。天宽才一线，地仄控三巴。……瞿塘天下险，莫更说褒斜。”这一地形特点既决定了它易守难攻，而一旦攻克，守敌势必全军覆没，逃跑的可能性很小。李国英意识到生死成败决于此战，除了两次向清廷告急请速派援兵以外（就巫山战役而言这几乎没有任何实际意义），致力于加强防守。他对部下将领说：“巫地势低凹，难驰骤。贼众若远来，利速战；我坚壁以待，彼不能久持。乘其懈，可击而歼也。”李国英“躬先士卒缮完城垣，北城下锭梅花木桩，桩下挑品字深坑；西城外之高唐观地高峻，可瞰城中，立敌楼炮台；东城外一阜峻阔，筑土寨焉”[10]。他责成部将分汛把守，自己坐镇城内最高处调度指挥。为了鼓舞士气，他一面“大书赏罚之格，悬示城头”，一面“以小刀自随，指其地以告将士曰：‘此本部院报国之所，不令诸君独冒锋刃也。’”[11]明军从八月二十五日起昼夜轮番进攻，志在必克。他们建造了土囤、挨牌、云梯等攻城设施，还开挖地道准备用爆破式透入城内的方法夺取县城。李国英则严厉督率部下官兵负隅顽抗。双方拼死搏斗了几天以后，李国英发现了明军给攻城部队运粮的饷道，就派出几百名精兵用白布包头伪装成明军，潜伏在明军运粮路旁。见有运粮士兵经过，就从暗中猝然击杀，然后把尸体和粮食拖到林木荒草间。他还下令把明军为运粮和兵员往来而铺设的浮桥砍断[12]，使攻城明军得不到食品等物资和兵员的补给，陷于饥疲交困之中。九月初七日，李国英认为时机已到，在黎明时分突然开城出战。明军虽然奋勇迎敌，但已成强弩之末，被清军击败，阵亡将士多达七千人[13]。刘体纯、李来亨等被迫于次日撤退。