六月初二，金军继续增兵围困顺昌，且于驻城二十里的东村安营扎寨。刘锜利用金军骑兵不善夜战的弱点，派骁将阎充率五百壮士夜袭金营，宋军于电闪雷鸣之际，见发辫者即用大刀斧钺猛砍，迫使金军后退十五里；又令百名兵士连夜再袭金营，宋军于闪电时奋力厮杀，于闪电熄灭时则藏匿不动，神出鬼没，金军难以辨认，竟自相残杀一夜，至天明时分，已是尸横遍野，只好退至老婆湾。
金兀术得悉前锋军连遭重创，立即亲率精兵十余万由东京驰援，进抵颍水北岸，人马蔽野。刘锜部将中有人恐寡不敌众，建议退守江南。刘锜召集诸将晓以利害，激励将士背城死战。刘锜向金兀术下战书，金兀术不以为然，认为"顺昌城壁如此，可以鞋尖踢倒，来日府衙会食"。遂遣精骑攻东西两门，自率亲兵四千，往来为援。兵皆铁盔重铠，号称"铁浮图"。
时值盛夏，金军不惯炎热。早晨天气凉爽，金军骂阵，刘锜按兵不动；午后天气酷热，金兵倦怠无力，刘锜派数百人出西门佯攻，继以五千精兵潜出南门，以迅雷不及掩耳之势突袭金军，大败之。金兀术拔营北去，宋军追杀。宋军以枪标去其兜牟，大斧断其臂，碎其首，击败"铁浮图"。敌又以铁骑分左右翼，号"拐子马"，皆女真为之，号"长胜军"，专以攻坚，战酣然后用之。自用兵以来，所向无前；至是，亦为刘锜军所杀。战自辰至申，敌败，遽以拒马木障之，少休。城上鼓声不绝，乃出饭羹，坐饷战士如平时，敌披靡不敢近。食已，撤拒马木，深入斫敌，又大破之。金军主力损失十之八九，弃尸毙马，血肉枕藉，车旗器甲，积如山阜。
惨遭失败又无计可施的金兀术，只得率部退回东京，顺昌围解。顺昌保卫战，刘锜投入的兵力不足两万，而实际出战进击金军的兵士仅五千人，金军则投入数十万人，仅营帐就长达十五里。刘锜以逸待劳，以少胜多，使"金人震恐丧魄，燕之重宝珍器，悉徒而北，意欲捐燕以南弃之"。主战派主张趁势收复汴京，而以赵构、秦桧为首的投降派却令宋军撤退，再次放弃有利的战机。
