。知府陳規見到劉錡，就急問該如何禦敵，劉錡得知城中尚有萬斛存糧，於是決定率兵入城，再計議如何集中兵力全力防守的事宜。諸將都說金兵難以抵禦，請求先派兵護送城內的老弱婦孺前往江南。劉錡說：“東京雖已失陷，但幸虧仍有完整的軍隊據守此地，為什麼要棄城逃逸，誰再敢說棄城，軍法處斬！”
於是他就把家屬安排在廟裡，在廟門堆放許多柴草，交代守衛：“萬一情勢危急，就點火燒毀我家。”另外分別派將領把守各城門，嚴格檢查往來行人，並且由當地人士中招募密探，派出斥堠，如此軍心大為振奮。
當時順昌府沒有隱蔽工事，劉錡就命人取來車輪排列在城牆上，又拆去民房的門框和門板，圍在城牆的四周。過了六周，工事才大致部署完畢，這時金兵也來到城下。最初，劉錡即在守城周圍修築“羊馬垣”，再在垣上挖洞為門。此時，結合了許多“羊馬垣”，加上遮蓋做為防禦陣地。
金人以箭陣進攻，所射出的箭如果不是越過垣端射到城牆，就隻射到垣壁，絲毫發揮不了殺敵的作用。劉錡挑選神箭手，以強弩在城上或垣門反擊，百發百中，傷敵無數，敵人稍一退兵，劉錡就出動步兵追擊，金兵逃命落水而死的不計其數。
金兵撤退二十裡後紮營，劉錡派閻充召募五百壯士，乘夜殺入金營，這夜雷電交加，宋軍見到綁辮子的即予撲殺。金人再退敗十五裡，劉錡命一百名勇士組成敢死隊，以竹子為武器，就像一副市井百姓嬉戲追逐的樣子，每人拿一根竹子為暗號進攻金兵的營地，天空雷光一閃，每人就奮勇前衝，電光一閃就四處走來，天空一暗就伏住不動，於是敵營大亂。而一百名敢死隊員聞號角聲，便齊聚進攻，金人更覺草木皆兵，兵心惶恐。竟整夜自相混戰，堆屍盈野。
金兀術在汴京接到戰敗的消息，率十萬人軍救援。諸將認為：“趁著金人退敗，應趕緊備船，全軍而退，不要與金兀術正麵交手。”劉錡說：“敵營離我軍很近，而金兀述的援軍將到，如果我軍一退，金兵一定出兵緊隨追擊，所有的戰果都將前功儘棄。”
於是又召募曹成等二人，對他們說：“現在我派你們當密探，事成之後必有重賞，隻要你們照著我的話去做，金人就絕對不會殺你們。現在你們騎馬去閒逛，看到金兵就故意墜馬，金人俘虜你們後，一定會偵訊你們想知道我是怎樣一個人。這時你們就答說：‘他身在太平盛世，平日愛好聽歌玩妓，朝廷希望兩國修好，所以派他鎮守東京，好安享逸樂。’”當曹成等二人照劉錡之計行事後，金兀術非常高興，就放棄鵝車、大炮等攻城器械。第二天，劉錡登城，看見曹成二人回來，立刻用繩索吊他們上來，發現兩人都上了刑具，還附了一封信，劉錡深恐動搖軍心，立刻把信件燒毀。
兀術來到順昌城下後，責怪各位將領，全軍將領們都說：“南朝軍隊打仗已不像從前，元帥可以自己到城下看看。”正好劉錡派耿訓來請戰，兀術生氣地說：“你劉錡怎麼敢跟我打仗，憑我的力量來攻打你，隻要用靴尖就可以把城踢倒了。”耿訓說：“太尉不但請求跟太子您打仗，而且說您必定不敢渡河，我們願意獻上五座浮橋，讓您渡河來作戰。”黎明時，劉錡果真在河中架起了五座浮橋，讓敵人渡河。劉錡派人在穎水上遊的水中和草裡放毒，然後下令將士們不要喝河裡的水，誰喝水就殺死全族。當時正是大暑天，敵人從遠處來，晝夜都無法脫下盔甲，人困馬乏。劉錡的軍隊輪流休息，在羊馬垣後邊輪流吃飯，而敵人人馬饑渴，見河水就喝，隻要是飲用河水、吃了草的敵軍人馬，都中毒躺倒。早晨天氣涼爽時，劉錡按兵不動，等到下午一點到五點之間，天氣正大熱，敵人的士氣正衰落時，他忽然派遣幾百人出城西門和敵人交戰，不久又率領幾千人出南門挑戰，他讓大家不要喊，隻是用銳利的斧子短兵相接地攻擊敵人。敵人大敗，兀術終於拔營北去。這次戰役中，劉錡的軍隊不滿一萬人，出戰的隻有五千人。金兵幾十萬人，在西北部紮營，連綿十五裡，每天天黑時，鼓聲震蕩山穀，軍營中吵吵鬨鬨，終夜有聲響，而我方城中肅然無聲，連雞犬之聲也聽不見。隻是由於能以逸待勞，所以劉錡能大勝。
朱熹曾說，順昌這一仗，正好趕上在暑天，劉錡把所屬的軍隊五千人分成五隊，先準備好解暑藥和酒肉。他讓人把一副盔甲曬在太陽下，特地派人用手摸，等到盔甲熱得象火不能沾手時，就換一隊士兵來到他跟前，讓他們吃飯喝酒，於是從西門出兵突襲，接著再派一隊由南門出擊，隻見全軍從各城門出出入入，結果金兵大敗而逃。再說金兵因人數過多，擁擠在一堆，幾乎無立錐之地，僅僅隻能手持矛槍站立，完全動彈不得，反之宋軍卻手持大斧衝入敵陣，殺金兵，砍馬腳，一騎倒，數騎也隨之傾倒，結果敵人傷亡慘重，由於順昌一戰，金人這才知道宋人戰力不可忽視，生起怯意，於是同意與宋議和。
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