12月3日，大坂城内的南条元忠暗通幕府军准备作为内应被抓获，让临敌的众将虚惊一场。再说前田利常，为了夺取筱山占据有利地形，命先锋本多政重（本多正信次男）、山崎长德于1614年12月4日夜晚发动突袭，但真田幸村早已接到忍者的报告，把筱山的人马全部撤回到了真田丸中。扑了个空的前田军非常生气，随即将人马开到了真田丸外。幸村下令对前田军进行挑衅性的射击。本多政重和山崎长德怒气难消，遂下令全军攻向真田丸。真田军依仗城墙在高处对前田军展开了疯狂的射击，顿时弹如雨下、密不透风。前田军多次冲锋都被打退，损伤巨大。得知二将违抗军令擅自攻击真田丸，前田利常大怒急忙下令撤兵。
负责包围八丁目口、谷町口的井伊直孝、松平忠直见前田军发动攻击后，也率军攻向了大坂城。大坂城的防御比真田丸更加牢靠，幕府军根本冲不到大坂城下。突然，大坂城内的火药库失火爆炸，井伊、松平误认为是内应南条元忠所为，率全军开始冲锋结果死伤更加严重。在得知战况如此惨烈后，德川家康急忙下令撤退。但是两人因为立功心切，根本没有让士兵装备竹束（竹子编成的盾牌）、铁盾等防具，所以被子弹射中的士兵想后退都很难。直到午后3点，幕府军才全部撤离战场。之后，井伊直孝、松平忠直轻率的行动遭到了家康的严厉斥责，“看看你们二人，一个是继承闻名天下的武田家赤备队的井伊家当主，一个是统领越前武士的秀康（结成秀康）长子。赤备队和越前的武士跟普通士兵不一样，都是能征善战的精英部队，你们冒然进军竟还不带防具，以致500多人战死，何其狼狈。传令各队，没我的命令不许再向大坂城发动进攻，另外攻城的部队必须装备竹束和铁盾进行防御。”
12月9日，负责修筑堤坝以断大坂护城河水源的伊奈忠政（伊奈忠次之子）、福岛忠胜（福岛正则次男）、毛利秀就（毛利辉元长男）、角仓素庵（商人）等人发来捷报，已经在淀川支流尼琦修建好了长柄堤，可以将大坂的护城河水降低到膝盖以下的位置。之后又开始对大和川进行阻断作业。与此同时，家康还下令围城的大名分别于每日的酉时（17：00～18：59）、戌时（19：00～20：59）、寅时（3：00～4：59）铁炮齐射、锣鼓齐鸣，对大坂方进行心理作战，据说声音都可以传到50公里外的京都。大坂方依旧坚守不出，只能听之任之。这时，负责在大坂城南面修筑炮台的松平忠明和藤堂高虎发来消息，已经可以对大坂城进行炮击。12月10日，家康向大坂方送去了催促投降的书信，但没有回音。11日，家康动员了甲斐和佐渡矿上的矿工，开始对大坂城南方的土垒石垣进行破坏。13日，开始填埋大坂附近的船厂。
12月16日，幕府军开始从四面八方对大坂城展开炮击。仅在北面部署的大筒就有100门，同时还有石火失、国友村制造的3贯目（1贯目=3.75公斤）大炮、炮术名家芝辻理石卫门制作的铁制大炮。此外，还有从英国购入的4门长管炮、1门隼炮，从荷兰购入的12门4、5贯目大炮……简直是当时世界的大炮展览会，炮声震天动地传至京都，不绝于耳。芝辻理石卫门的铁制大炮还至今还作为文物留存在靖国神社。
真田幸村、后藤基次、长宗我部盛亲、毛利胜永、明石全登等浪人武将面对这样的炮火不禁一声感叹，没想到德川家康竟有那么多大炮。众人一面下令铁炮队还击，一面收纳治疗因炮击受伤的人员。然而面对幕府军筑起的土垒和炮台，铁炮的效果大大减弱，很难有效的杀伤敌军，只能使用大炮反击。连上述大将都为这样的炮火撼动，就更别说淀殿这个女流了。怎么那么巧，德川军的一颗炮弹正好打中了本丸淀殿的卧室，其一名侍女当场被炸得粉碎，淀殿吓得一声惨叫，瘫在了地上。等她回过神来，周围8名侍女已经死于非命，据说大坂城中无端死于炮击的就有300-500人。之后，淀殿不顾丰臣秀赖和浪人们的强烈反对，急忙命织田长益（有乐斋）跟幕府方开始了和谈工作。
早在12月3日，织田长益作为织田信长的弟弟就一直在为双方和解奔走。8日和12日，长益带领大坂方的大野治长会见了幕府方的本多正纯和后藤光次，并针对停战商议条款。15日大坂方想更换和解条款中淀殿作为人质去江户一项，并给浪人们增加封赏，遭到了德川家康的拒绝，谈判陷入僵局。但长时间的围城作战对双方来说，兵粮和弹药都消耗巨大，德川家康万万没想到这些浪人会如此棘手，再加上寒冬日益临近，所以只有谈判这一条出路。德川军的扰民战术和炮击无非是想在谈判时处于优势。本来以为丰臣家还在主导地位的淀殿一直坚信秀吉说的那句话，并不断的重复：“大坂城坚守10年都没问题。”，但那次炮击彻底改变了她的看法。织田长益没有办法只能发动朝廷，17日后阳成上皇命广桥兼胜和三条西实条为使者，劝告家康进行议和，也遭到了家康的拒绝。
得知淀殿和大野治长已经开始和谈的消息，大坂城的浪人们连连叹息。塙直之更是以争取和谈优势为名（其实是想破坏和谈），率军夜袭幕府方的蜂须贺至镇大营，大获成功。然而这还是改变不了丰臣家的命运。18日，淀殿的妹妹常高院作为丰臣家的代表与本多正纯、阿茶局（家康侧室）在自己义子京极忠高的大营展开会谈，最终达成协议停战。12月20日，双方交换誓书，德川方停止炮击。协定内容有：一、大坂城只留下本丸，二之丸、三之丸外围必须全部破坏填平。二、淀殿可以不作为人质去江户，改由大野治长、织田长益提供人质。三、保证秀赖的人身安全且所领安堵。四、不问城中诸将之罪。就这样，被称为“大坂冬之阵”的战斗结束了。
当初大坂城建成时，德川家康曾来祝贺，丰臣秀吉开完笑的问家康用何种方式才能攻破大坂城。家康答曰：不知。丰臣秀吉大笑道：“大坂城固守10年都没有问题。但如果其护城河被填平、城墙被破坏、防御设施被摧毁可就难说了。”正在人生顶峰的秀吉完全没有在意，但德川家康却牢牢记住了秀吉的话，所以停战条件中优先加入了破坏城池的内容。和谈刚一结束，以松平忠明、本多忠政、本多康纪为普请奉行，本多正纯、成濑正成、安藤直次为指挥的施工队就开始了拆城行动。施工队的主要劳力有各大名营中的工程部队和动员的当地百姓，士兵们把气统统撒在了作业上，好家伙，这通拆。到了1615年1月，大坂城的外围和三之丸就已经拆干净了。按照和平条约的内容，二之丸由大坂方自己拆除。然而，大坂方迟迟没有动静，德川家康在回归骏府的路上多次写信询问拆城的进度，最后默许本多正纯等人进行二之丸的拆除工作。看到幕府方开始拆除二之丸，大坂方急忙派人交涉，称与和谈内容不符，但本多正纯说道：“由于你们迟迟没有动工，所以我们特地帮助你们来拆。”……就这样，大坂城的拆城工作于1月23日正式宣告完成，原本金碧辉煌、雄壮威武的大坂城，就剩光秃秃的本丸了。之前在战斗中大败前田军的真田丸也被拆除，幕府军的各大名开始归国。
对于大坂方关于拆除二之丸的质疑，德川方也提出大坂对于浪人管理方面的质疑。大坂方于战后并没有马上遣散浪人，解释说准备收纳这些浪人为家臣。双方都没有完全的按照和平条约行动，因为双方都知道，这次的和平将会是很短暂的。