平城之下，汉军已围城近三月之久。
拓跋诘汾成功逃脱重围后，刘备以为城中守军大减，兵力更为悬殊，定然无力面对汉军的四面围击，当即下令诸军在次日发起总攻，试图在鲜卑援军到来前攻下平城。但他未料到单于赴死的威力，单于在臣民眼前壮烈身死，城中鲜卑不分男女老幼，无不发狂落泪。
战前，陈冲又派人射书城中，声称只要城池，城中生人皆可放离去，但鲜卑人却在城头严辞拒绝说：城在人在，城亡人亡。
于是汉军开战，城中壮丁虽走了大半，但步度根仍能征调城中老人妇女，他们到底是草原上的民族，生长在马背之上，整日狩野猎兽，等这些鲜卑人披上皮甲走上城墙，在汉军前挥刀射矢，汉军们到得墙上，见老人和妇人们瞪圆了眼睛，口里叫嚷着难以名状的声音，不由得有些气馁，竟为他们所接连打退。
接连攻了十余日，汉军仍不能取得进展，刘备顾忌伤亡，便转而继续挖掘壕沟，广修壁垒，大兴土山，对平城做长久围困打算。而到十一月初三，副伏罗去宾从弹汗山讨得两万援军，加上自己本部的兵马合计三万多人，南下代郡，初四到达高柳，初五便到达白登山，在距离平城不到二十里的山脚扎营。
东阵的令狐渊见去宾前来，鲜卑大军占据山巅，遍山遍野，好似乌鸦盖顶般黑压压一片，心中都不免有所动摇，赶紧向帅营禀告，刘备听闻通报，直接回信说：“自我们来时，本就讨论过这般情形，何必如何惊惶？你在背面也挖掘壕沟，防止他们下山冲阵即可，鲜卑的援军还未全至，到那时才是决战时刻！”
果然如他所言，十一月初七，在北方又有一支人马赶来。为首的正是拓跋诘汾，他突围之后直奔成乐，派手下使者在云中、五原、阴山来回盘旋，号召鲜卑各部救援王庭。听闻单于遇险，响应他号召的有置鞬部大人莫罗、日律部大人推臣、宴荔游部大人孤迄侯、没鹿回部大人窦宾。拓跋诘汾得以重整四万之众，进驻在距离平城西北方四十里的云冈山间。
七万鲜卑大军在汉军一左一右，加上平城内部的步度根部，将城下的汉军逼得进不能攻城，退不能撤军。但拓跋诘汾远看平城下密密麻麻的栅栏与壕沟，心中想起沙陵一战的惨败，不敢进攻贸然进攻，他先令部下就地休整，随后亲身去副伏罗去宾部中，与他商议进攻的布置，并定下两军于十一月初十，东西并进夹击汉军。
而在围城的时间里，汉军也正激烈地商讨着对敌决策，大抵分为两派，一派如令狐渊顾益等提议撤军返回，另一派则如郭大关羽主张在撤围决战，两者相持不下，唯一的共识只有先行撤围。腹背受敌实在是作战的大忌，当年昆阳之战时，王邑率领四十万大军围攻昆阳，钲鼓宣天，万里肃齐，却为世祖区区万余人所败，世人皆道是王邑内外作战，难以协调的缘故。如今汉军兵力与鲜卑人相仿佛，若是在城下决战，结局实在是凶多吉多。
刘备也倾向于撤围决战，他一向极有傲气，征战近十年来，有胜有败，但他多不在意，只是想到平城只有万余老弱，而他围攻月余竟徒劳无功，这实在让他咽气不下，他等众将说完，正要拍板定下战略，陈冲暗地里踢了他一脚，他便改口说：“事关重大且让我思虑一番。”让众将出营稍息，自己与陈冲、关羽、张飞一起留在帐中。
刘备先问他：“庭坚你有何意见？何不在会上直言？”陈冲解释说：“我意见与众将不一，更与玄德你不合，如今我身份敏感，不当损你威柄，大战决策还是和你商议后再说吧。”关羽反应最快，他讶异道：“庭坚你不主张撤围吗？”
陈冲颔首表态，他负手站在新画的地图前，对着如今的战争态势说道：“如今我军分为十阵，四面包围平城，若是撤围时敌骑前来，城北与城西的五阵撤离极为不易，而要与鲜卑人决战，敌军马多人众，我军又客战在外，若论决战，我不觉有五成把握。
不如就在城下坚守。自围城以来，我们日日都在掘土挖沟，广修栅栏，至今已堪比一座小城，正可谓是我军的地利，不过是打持久战，我们营中已囤积足食两月的粮草，大不了快吃完时再撤军，到那时敌军久攻营寨不下，也无力阻挡我军撤围了。”
说到这里，三人都颇为赞同陈冲意见，只是刘备还有一个疑问：“只是腹背受敌，战时恐不易施为罢！”
陈冲最后解释说：“当年昆阳之战，昆阳城中尚有八千善战勇士，而如今平城之内，多半都是妇女老叟，他们守城尚算足用，出城攻战便与战兵有天壤之别，完全不足为虑。玄德，若是我军现下撤围，鲜卑人不与我军决战，径直入城避战固守，我等又该如何呢？一旦如此，我们这一月的苦战才算真正白费功夫了。”
这些话成功说服了刘备，他便重新召开军议，将新的布置传达给诸将：全军继续围困平城，且阵势不变，唯一的变化是将围城的鹿角全部转移至外阵，防止鲜卑援军冲锋，并令全军加紧修缮工事。
初十时，鲜卑援军对汉军军阵进行第一次冲锋。拓跋诘汾没有全面进攻，他在山上观察汉军的阵势，觉得汉军如同一条盘山之蛇，只需将其斩为两截，全军势必难以相顾，于是这天他与副伏罗去宾从城北的平原出发，聚集鲜卑甲骑策马冲击汉军北三阵。
北三阵的首领乃是白波校尉郭大、圜阴校尉杨奉、三川校尉胡才。杨奉经历沙陵之战后，对甲骑具装的威力心有余悸，他事后与郭大等人探讨对策，得出结论，马匹披甲谁能笼罩马身大部，却难遮马足，想要正面战胜甲骑，许得从马足着手，因此得到继续围城的命令后，白波军便在壕沟前来回数丈洒上凉水，深冬寒竣，只一夜下来，壕沟前便结上薄白的冰层，在冰层之后白波军再扎满鹿角，鹿角的尖刺鲜亮，便是白波军自己看了也颇觉胆寒。
鲜卑甲骑冲在前阵，浑没在意冰层，等马蹄踏上后才忽觉不对，马匹受力不稳，最先的几十骑都滑倒在地，骑士们也摔得头晕目眩，正迷糊间，前线的白波人拿着绳子从鹿角间钻出来，把这些骑士绑了，拖回到汉营里做了俘虏。
后方的鲜卑甲骑见状，只能下马上前与汉军作战。骑兵失了马力，下马也不过是寻常甲士罢了，他们上前到鹿角间厮杀，侧翼都暴露在汉军望楼的箭雨下，丢下不少尸体，等厮杀到两个时辰以后，汉军其余诸阵的援军到了，拓跋诘汾在山上看到这番景象，心中极不甘心，却也没有办法，只能令号手吹角息兵。
在这厮杀的两个时辰间，城中的步度根看到援军前来，也曾派出城中仅剩的一些壮丁出城响应，但他们人数太少，仅有区区五百余人，仍然无法突破汉军事前挖掘的壕沟。见援军撤去，他们便也只能撤回城中，正合陈冲的预料。
在接下来的一个多月内，鲜卑援军三日一攻，白日不成，拓跋诘汾便令骑士夜袭，平原冲击不成，拓跋诘汾便让大军下马在丘陵对射，但都被汉军打退。最后他想到冬日干燥，不如便在汉军鹿角处纵火。可也没有作用，汉军日日给鹿角泼水，竟在鹿角上也结了一层冰棱，鲜卑人冲上前来未能点燃鹿角，反而因逆风点燃御寒的裘装，烧死了十来人。
日夜的强攻都无法撼动汉军的防线，而平城内的步度根却坚持不住了，平城此前将粮草运往剧阳，城中的粮食仅能坚持两月，步度根几次削减份额，拖到如今这个时间，已经不能再拖，他只能在城中点燃麻蕴，以黄烟命令拓跋诘汾于不日发起总攻。
鲜卑援军只能放弃原计划，打算在十二月二十四与汉军正面会战。拓跋诘汾与鲜卑诸帅反复推敲，在这一月间，他们几乎试探过汉军的每一个阵势，如今想来，是以城东顾益阵最为薄弱，顾益阵北方与东方俱是坦途，但在顾益阵中恰有一处小丘，丘下有一道水流，这将此处的汉军分为三部，其余汉军营寨也难以迅速支援。鲜卑人决定在此处开启会战。
会战的地点最为重要，当年汉高祖被冒顿单于围在白登，便是吃亏在地形不利。如今白登山就在鲜卑人脚下，他们以此作为吉利的象征，在夜里用牺牲献祭山神，兵士们看着祭祀的篝火，都相互鼓舞说：先王保佑，天神保佑，鲜卑长生。
平城脚下的汉军尚不知道决战即将到来，只是在寒风中细数着时日，企盼着能在过年前回乡团聚。