双方在城墙上展开了激战，因为双方的火炮数量都不多，难以对城墙造成毁灭性破坏，所以在这个时代拒城而守还是没有问题的。凭借这惠州城五米多高的厚实城墙，粤军可以居高临下的射杀革命军。
革命军也不甘示弱，在将数十挺重机枪集火掩护之下，士兵们利用临时绑扎的云梯登城作战。面对拥有坚城的粤军，革命军组成了敢死队，他们口叼钢刀，不顾一切的向着云梯上爬去，双方的战斗异常激烈。
每当一名革命军战士被流弹击毙掉落城下，都会有新的战士爬上云梯。没人有丝毫的犹豫，为了崇高的理想，他们不惜以自己生命作为代价。一边是为了理想而战，一边求生的本能，双方战斗的激烈程度可想而知。
粤军只有两千多人，根本不足以防守所有的城墙，革命军战士很快占据了部分城墙，与粤军爆发了激烈的短兵相接。步枪、手枪、钢刀和刺刀，都成了双方搏杀的有利武器，城墙上尸体堆积血流成河，拼杀的双方士兵甚至会被尸体绊倒。到处都是血污，随处可见断臂残肢，硝烟混合着血腥味让人几乎无法呼吸，城墙上的战场化身为修罗地狱，收割着一个个士兵的生命。
这一次的进攻，已经无人再反对蒋瑞元的命令了。对于这个执拗而冷酷的指挥官，大家都失去了规劝的动力。何况按照现在的形势，强攻已经变成了唯一的选择。
在激战六个小时之后，惠州城被攻占，革命军付出了两千余人阵亡的代价，打垮了陈炯明最后的家底。八百多名粤军战死当场，四百多人被俘，其余的士兵和将领都趁乱逃出了惠州城，但这其中却并不包括陈炯明。就在城破之前，发疯似的陈炯明杀死了自己的家人，随后吞枪自尽了。
惠州城的胜利，让革命军彻底扫除了后路的敌人，稳固了粤东省的根据地，为第二次北伐奠定了基础。尽管蒋瑞元取得了辉煌的胜利，但军官们对他颇有微词。这样的胜利是依靠三万多革命军的生命换来的，这样的惨胜不要也罢。不少人甚至私下里表示，如果听取了周伍豪的建议，革命军在获胜的情况下，阵亡人数应该不会超过五千。
对于这些说法，蒋瑞元才不会理睬，只要能够取得胜利，他不在乎付出多少代价。他只知道这些jūn_duì 并非他的嫡系，而他已经获得了足够的战功。
尽管革命军牺牲如此惨重，让孙文海痛心不已，但他们还是通令嘉奖了参展部队，并为蒋瑞元升了官。这一战彻底击败了陈炯明，却也彻底断送了短期内重新北伐的可能，革命军只好重新组建部队进行训练，这需要大量的时间和金钱。