五月初二，黄安等人率郑军第二梯队抵达台湾，郑军的供给和兵力得到加强。郑成功命人在台湾城周围挖壕沟，以围困荷军。同时准备了攻城器械和炮具。
闰七月二十三日，双方在海上交战，郑成功令黄安抗击陆上进攻的荷军，自己则亲统陈泽、陈继美等诸部战船在海上迎击，将敌舰团团包围，经一小时激战，荷舰几乎全军覆没，只有一艘受伤战舰遁逃远海。战斗中，陈泽的副手林进绅战死。陆上荷军曾一度出动袭击七鲲身，被郑军黄安部伏兵击退。
不久，被围在台湾城中的荷军粮食和淡水告急，病死饿死者过半，士气异常低落。郑军又伺机发起总攻，农历十二月初六，攻占城外重要据点乌特利支堡，然后居高临下，向台湾城猛烈轰击。揆一见大势已去，于1661年农历十二月十三日（公元1662年2月1日）率部投降。经历了9个月的围城，这位出身于荷兰贵族、荷兰驻台最后一任总督不得不低下其高傲的头颅，在议和实际上是投降的文书上签字，并率领残部500人狼狈退出我国领土台湾。沦陷了38年的台湾又重新回到祖国的怀抱。郑成功驱逐荷兰侵略者、收复台湾的伟大斗争，终于取得了胜利。
此后，荷兰又另派“出海王”多次联合清朝军队进攻台海，但这已是对落日余晖的留恋。
顺便提一下台湾最后一任总督揆一的个人结局：由于他使荷兰丢弃在东亚的最后一个据点，因此他在回印尼东印度公司后被判终身流放艾一岛，在服刑8年（一说10余年）之后，由他的子女将他赎回。在狱中他写下了《被遗忘的台湾》一书，并在回国后出版。在书中他不承认是被打败，而是议和；他还将失败的原因归为他的上司，谴责东印度公司高层的怠忽职守。2006年6月中旬，揆一的第14代子孙麦可一家三人首访台南市延平郡王祠并祭拜郑成功。麦可说，这是揆一临终前的遗愿，希望后代子孙能再度踏上台湾。麦可感念郑成功的仁慈，他在延平郡王祠郑成功的塑像前表示，因为郑成功的仁慈，他们才有机会站在这里。
郑成功神秘死因
郑成功收复台湾后，以台湾作为东都，将荷兰殖民者修筑的赤嵌楼改名为承天府，改热兰遮城堡为安平镇，北部设天兴县，南部设万年县，并在澎湖岛设安抚司，戍以重兵，完成一府二县一安抚司的行政规划。很快，郑成功在整个台湾建立了同祖国大陆一样的郡县制度，建立了行政机构。
郑成功以台湾为明王朝的复兴基地，并未僭越称帝，仅停留于“藩主”的地位。荷兰统治即将结束时，台湾的人口包括土着居民与移民共约10万有余，其中移民据推测有2万余人。郑成功的大军及其家属约3万，可以说是内地向台湾的最集中的一次集体移民。
郑成功没有闲情欣赏“乔木倚山望流泉”，相反由于人口激增，军队面临缺粮无米下锅的窘境，为此，一向治军严厉的郑成功处死玩忽职守的管粮官员，以维持军心。另一方面设法在本岛解决缺粮的燃眉之急。郑成功将荷兰东印度公司所有的“王田”没收，移作新政权所有的“官田”。此外，对承天府与安平镇以及天兴县与万年县的文武官员，除了配给建官舍及兵舍所需之用地外，并按家属的多寡准许其取得必要的土地，称为“私田”或“文武官田”。至于驻在各地的部队，在不侵犯少数民族与移民所有土地的条件下，准予开垦土地，称之为“营盘田”（屯田）。因而以南部为中心的农地开垦迅速扩大起来，粮食生产也因此而激增。这些农地开发与土地制度，因开启台湾的土地私有制度而引人注目。土地的私有制在当时的中国代表着先进的生产关系。
当时，台湾的少数民族在荷兰殖民者奴役下，生活十分贫困，生产极端落后。郑成功在那里推广了大陆先进的农业生产技术，从此，少数民族也同大陆汉民一样，使用牛耕和铁犁种田。
1662年6月，郑成功病中第二次派人去金、厦，命令当地将官杀死郑经等家人，众将为难，最终再次抗命。此前世子郑经无行，种下**的淫果。据清人《闽海纪要》记载：
他又外感风寒，病势日重，但他仍强振余威，登上将台，手持望远镜，远望澎湖，是否有船只到来。文武百官入谒时，他依旧端坐床上，谈论国事。因此，许多官员不知其病。及至他病危时，都督洪秉诚调药送至床前，他将药投地，叹曰：自国家飘零以来，枕戈泣血，十有七年，进退无据，罪案日增，今又屏迹遐荒，遽捐人世，忠孝两亏，死不瞑目，天乎天乎！何使孤臣至于此极也！吾有何面目见先帝于地下。复顿足捶胸，双手抓面，大呼而逝。
就这样，郑成功反清复明的壮志未酬，结束了充满波折的生涯，享年38岁。他的死因有多种说法，最可信也是最笼统的说法是：郑成功在短短的3个月之内经历了许多让其气塞胸膛、怒不可遏的大事：供奉的旗号和精神支柱——南明永历帝在云南被吴三桂杀害；降清的父亲、叔叔及几位弟弟等族人被清廷斩杀，祖坟被掘；郑经无行，众将抗命……这些负面因素引爆他易怒的个性，加重了他因水土不服所致的病情，最终急怒攻心，含恨而逝。
需要特别指出的一个细节，郑成功收复台湾后，曾派人出使吕宋（今马尼拉），致函西班牙总督，要求其承认大肆屠杀华人的过错，并要求对方纳贡、通行贸易。信函中的言词很强硬，理解成战争檄文也不为过。
此前西班牙总督恐惧当地华侨与郑成功里应外合，开始故伎重演，对华侨进行大规模杀戮。从逃回来的华侨处得知此事之后，郑成功大怒，决定出兵马尼拉，替华侨清算这数十年来西班牙欠下的三笔血债，但还没出兵，便闻知儿子郑经的糗事，他自己也未料到，盛怒和疟疾的夹击，会让他一病而殁，壮志难酬。
郑成功的不幸去世，使台湾失去了最具威慑力的庇护和最稳定的人心基础，也使在吕宋翘首以待的华侨悲痛万分：倘若国姓爷再活上20年，不，哪怕15年，反清复明的事业一定会出现新的格局呀！再不济，也能剑指吕宋，救华侨于西班牙统治的水火之中。
郑成功少年得志又国恨家仇聚一身，难免治军严苛、刚愎果敢。一方面成就了他这一民族大英难，但负面的离心力又让他含怒早逝，遗憾地放下他远远未竟的政治抱负，套用那句古诗：出师半捷身先死，更使英雄泪沾衫。
英雄已逝，英名长留。因赞许郑成功赶走荷兰人及开拓台湾的功绩，移民崇奉他为“开山王”。