奉軍認為晉軍炮兵觀測所在其上，欲將摧毀之。奉軍的一發炮彈擊中南塔（智度寺塔）塔頂南角，一發炮彈在膛內爆炸，炮筒被炸毀。這使奉軍大為驚慌。因為傳說涿州雙塔有靈異，而奉軍官兵又多迷信，從此不敢再轟雙塔。雙塔因此方得以免遭兵燹，儲存下來。習此後，奉軍又發起多次攻擊，但均未得手，於是決定改變戰術，從保定調來技術隊，從城外9處地方同時向城內挖據地道，企圖從地下攻入城中。

為此還專從門頭溝煤礦運來數百名礦工，強迫他們開挖坑道。傅作義得知此情報後，及時召開軍事會議，研究對付奉軍攻城之策。決定在城牆內挖掘內壕，以阻斷奉軍地道；同時為防奉軍使用燃燒彈，組織火警救防。晉軍出城在冒白氣處開挖，果是地道，即以炸藥爆破，炸死地道內的奉軍。為發現奉軍地道，晉軍士兵一方面用扣起水缸的辦法進行監聽，一方面又從城內向城外挖掘直溝，再在城外挖掘相通的橫壕。

這樣，有8條奉軍所挖之地道被發現，均遭到破壞。挖據地道之奉軍工兵和礦工亦被炸死打傷多人。10月27日拂曉，奉軍發動第四次總攻擊，運送了近兩噸炸藥於城牆下，總攻開始後，柏桂林親自引爆炸藥，同時飛機出動，火炮掩護，奉軍衝鋒隊在爆炸聲中向爆破口衝去。

西南城角雖被炸開，但飛落的磚石又將其堵上一半，晉軍一面迎擊奉軍，一面搶堵城牆豁口，戰鬥從清展打到午後，雙方均傷亡慘重，城外奉軍遺屍遍地，城上晉軍第三十六團的1個連及第七團的兩個排，盡殉難無遺，在這次進攻中，奉軍少帥張學良親自乘飛機到涿州上空督戰，並向城內守軍散發勸降傳單。但奉軍的攻城再次失敗了。半月以來，激戰不息，晉軍人員彈藥有減無補，由於傷亡過重，能戰之兵員不足2000彈藥益顯緊張。

為固守待援，傅作義下令重新調配兵力，增加掩蔽工事，節省彈藥以及自制炸藥與地笛等。還招募居民參加挖掘城內壕溝，深27尺，寬6尺，總長有22裡多，以出壕之土積為內城。10月30日，奉軍再次攻城，雙方激戰一天一夜，奉軍仍未奏效。奉軍5次大規模攻城都告失敗，於是委託涿州天主教司鐸李德鏡於11月4日入城，以調處為名，探測虛實。

傅作義指派朱錫章以禮相待，虛與委蛇，3天之後將李禮送出城。以後，奉軍又以坦克飛機及猛烈炮火進攻，涿州城仍不能克復。奉軍一籌莫展，總指揮萬福瞬遭到張作霖的嚴斥。傅作義孤軍守城，等待援兵已40多天了。他多次用無線電發報機向晉軍總司令閻錫山報告戰況，請求增援，但是增援部隊一直杳無音信。

晉軍在奉軍的圍困之下，日陷艱危。11月20日，通訊兵剛把擊退奉軍第七次總攻的戰況拍發完畢，電報機的汽油即用完了。沒有汽油，電報機不能工作，對外聯絡就要中斷。傅作義認為此事嚴重，重價在居民中購買汽油。