睢陽原本有屯糧六萬石，那都是許遠為了長期堅守睢陽而多方籌集、苦心積攢的。可就在燕軍圍攻睢陽的不久前，時任唐河南節度使的虢王李巨卻命許遠撥出一半給濮陽（今山東鄄城縣）、濟陰（今山東定陶縣）二郡。許遠拒不從命，可李巨卻再三強迫。許遠無奈，只好忍痛交出三萬石糧食。不久後，濟陰太守高承義舉城投降燕軍，許遠剛剛撥給他的一萬五千石糧食也白白落入了燕軍手中。
燕軍從正月開始圍攻睢陽，至今已斷斷續續地圍了半年多，睢陽城中的三萬石糧食逐漸耗盡，又得不到絲毫補充，形勢日益嚴峻。於是，從七月開始，張巡和許遠不得不實行嚴格的配給制度，規定每個將士每天只能分到一合米（相當於二兩）。可想而知，這點糧食根本就不夠吃，所以將士們只好羼雜著樹皮、茶葉、紙張來充飢。
經過半年多的苦戰，睢陽守軍殲滅了燕軍的數萬精銳，可自己也付出了五千多的傷亡，至今只剩下一千六百人。而且，這一千多名將士又是連肚子都填不飽、「飢病不堪鬥」的羸兵！所以，此刻的唐軍再也不能像前一階段那樣頻頻出擊了。面對百倍於己的燕軍精銳，他們除了被動挨打、困守待援之外，已經沒有任何退敵之策了。
睢陽之戰進入了最後的死守階段。
尹子奇用他的獨眼望著那滿目瘡痍、被戰火燻得焦黑的城牆和雉堞，嘴角露出了一抹獰笑。
隨後，燕軍不斷加大攻城力度，並且出動了雲梯。所謂雲梯，並不是普通的梯子，而是下面裝有輪子，高度與城牆齊高的大型攻城器械。史載這種雲梯「勢如半虹」，可「置精卒二百於其上」，相當於一座可移動的「高塔」。這種高塔一旦靠上城牆，塔內計程車兵可直接跳上城頭，對守軍展開進攻，具有很強的威脅性。假如有兩三座這樣的攻城塔一起靠上城牆，睢陽十有八九就要失守了。
當然，張巡是不會讓它輕易靠過來的。
為了對付這種可怕的攻城器械，張巡命人在城牆上鑿了許多隱蔽的洞口，每三個洞口對付一座雲梯。燕軍的雲梯一靠過來，第一個洞口就伸出一根長木棍，末端綁著鐵鉤，將雲梯鉤住，讓它不能後退；第二個洞口也伸出一根木棍，死死抵住雲梯，讓它不能前進；第三個洞口再伸出一根木棍，末端綁著鐵籠，籠中燃著熊熊烈焰，用它將雲梯點燃。
張巡的這個辦法很管用。每當雲梯一接近城牆，很快就會從中間燒斷，而藏於其上的燕軍士兵則盡數著火，紛紛墜亡。
時值盛夏，睢陽守軍為了避免烈日暴曬，就在城頭上搭了一座座「棚閣」，用以遮陽避暑。尹子奇隨即出動「鉤車」，專鉤城上棚閣，「鉤之所及，莫不崩陷」。面對燕軍的鉤車，張巡針鋒相對，設計了一種「吊車」，以木頭、鐵鏈、鐵環組合成「吊臂」。每當燕軍的鐵鉤一齣現，立刻用吊臂末端的鐵環將其套住，然後連鉤帶車一起吊上城頭，斬斷鐵鉤，再將車扔下城去。
雲梯和鉤車都廢了，燕軍只好又出動「木驢」。所謂木驢，估計原理跟特洛伊木馬差不多，就是把士兵藏在裡面，避免衝鋒時受到箭矢攻擊。這種木驢的表面包裹了一層溼牛皮，所以一般的火攻戰術奈何不了它。
火攻不行，張巡便採取了「水攻」。
當然，這不是普通的水，而是銀水和銅水。每當燕軍的木驢成群結隊地衝到城下時，唐軍就將銀水、銅水當頭澆下，把所有木驢和它們肚子裡的燕軍士兵瞬間燒成了焦炭。
在足智多謀的張巡面前，燕軍的「秘密武器」全都成了沒用的擺設。尹子奇勃然大怒，只好使出最後一招——修築「磴道」。他命人在睢陽城的西北角（樹木比較茂密的地方）大量砍伐樹木，然後把木材堆積在城牆下，又在其上堆積沙土袋，打算修築一條堅實寬闊的梯形長堤，以便大軍對睢陽發起集團式衝鋒。
在燕軍修築磴道的十幾天裡，張巡一直不動聲色。
當然，他只是在白天不動聲色。一到夜裡，他就命人偷偷出城，把大量的松明、蒿草等易燃物塞在沙土下面的木材裡。前後十幾天，燕軍都沒有察覺。到磴道築成的那一天，還沒等燕軍順著磴道發起衝鋒，張巡就命將士們丟擲了無數支火把，瞬間就把整條磴道全部點燃。尹子奇和燕軍官兵們眼睜睜地看著他們十幾天的勞動成果被付之一炬，也只能無可奈何地望火興嘆。
沖天的大火一直燃燒了二十多天才漸漸熄滅。至此，尹子奇終於黔驢技窮。
張巡超乎常人的應變之智令他無比憤怒，也令他不得不折服。
最後，尹子奇放棄了強攻的戰術，命士兵們在睢陽四周挖掘了三道壕溝，並設定木柵，以此阻擋唐軍突圍，準備把唐軍困死在城中。
尹子奇知道，唐軍糧草將盡，他只需要再耐心地等待一段時間，睢陽必然到手。
七月中旬，睢陽城中的糧食徹底被吃光了，連每人每天二兩都成了一種奢望。
此刻的守軍只剩下六百人，張巡和許遠各領三百人分別駐守：張巡守東門和北門，許遠守西門和南門。張巡和許遠在城頭上和士卒們同食共寢。而他們最後的食物，只有樹皮、茶葉和紙張。
最慘的是，連這三樣東西也快吃光了。
如果援軍和補給再不來，他們還能吃什麼？
當時，有三支唐軍距離睢陽都不算遠：許叔冀駐紮在譙郡（今安徽亳州市），尚衡駐紮在彭城（今江蘇徐州市），賀蘭進明駐紮在臨淮（今江蘇泗洪縣南）。其中賀蘭進明的兵力最強，可他們為了儲存個人實力，卻無視睢陽危急，全都擁兵不救。
現在，睢陽已經到了最後的關頭，既然他們都不來援，那張巡就只能主動求援了。
張巡把任務交給了南霽雲。他給了南霽雲三十名精銳騎兵，讓他拼死突圍，前往臨淮向賀蘭進明求援。南霽雲等人出城後，數萬燕軍蜂擁來攻，南霽雲「直衝其眾，左右馳射」，令「賊眾披靡」，以陣亡二人的微小代價，硬是衝出了燕軍的包圍圈。
南霽雲懷著滿腔期望，馬不停蹄、星夜兼程地趕到臨淮後，見到的卻是賀蘭進明冷若冰霜的臉。
賀蘭進明冷冷地說：「你們出來的這些天，說不定睢陽已經失陷，再發救兵有何用處！」
南霽雲激憤地說：「睢陽若陷，霽雲願一死以謝大夫（賀蘭進明的中央官職是御史大夫）。更何況，倘若睢陽失守，叛軍的下一個目標必是臨淮。睢陽與臨淮唇齒相依，大夫豈能坐視不救？」
賀蘭進明不為所動。但是對南霽雲的忠勇，他心裡卻非常欣賞，所以決定把他留在麾下。當天，賀蘭進明大擺宴席，還特意安排了樂隊奏樂，希望能以聲色之娛留住南霽雲。
可是在宴會上，南霽雲卻滴酒未沾，連筷子都沒有動。見賀蘭進明毫無出兵之意，南霽雲死心了。他悲憤地對賀蘭進明說：「我來的時候，睢陽的人已經斷糧一個月了，我雖然很想單獨享受眼前的美食，但無論如何難以下嚥。大夫坐擁強兵，卻眼睜睜看著睢陽失陷，沒有半點扶危救難之心，這豈是忠義之士所為？」
緊接著，南霽雲忽然拔出佩刀，猛然砍斷了自己的一根手指。在場眾人，包括賀蘭進明在內，無不大驚失色、悚然動容。他們聽見南霽雲說：「霽雲既然不能完成主將交給的任務，只能留下這根手指，以證明在下已經盡力。」
隨後，南霽雲連夜離開臨淮，趕到了離睢陽不遠的寧陵，會同這裡的守將廉坦，率領城中僅有的三千步騎，火速東下增援睢陽。
張巡進駐睢陽時，曾交給部將廉坦三千人，命他留守寧陵。此刻睢陽危急，固守寧陵已經毫無意義，所以南霽雲只能把這支部隊拉出來救援睢陽。
八月初三夜，南霽雲率三千援軍回到睢陽，立刻殺入燕軍重圍，一路殺到睢陽城下。經過一番血戰，南霽雲雖率眾突破了燕軍軍營，殺傷了大量敵兵，但自己也陣亡了兩千人，只剩下一千人進入城中。
看著滿身血汙的南霽雲和這一千人馬，睢陽城中的將士們頓時絕望。難道，這就是他們望眼欲穿的援兵？
是的，這就是他們的援兵，第一支也是最後一支援兵。
意識到這一點的時候，將士們再也抑制不住內心的憤怒和絕望，紛紛仰天慟哭。
男兒有淚不輕彈，只是未到傷心處！
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