仙鹤寨守军投降之后，王景的边军、向训的侍卫司禁军和黑雕军三军合围于黄牛三寨。在周军强大压力下，白涧寨守将开寨投降，木门寨守将也随之投降，只有黄牛寨守将张存拒绝投降。
张存和其他守将不同，其他守将均是秦、成、凤、介之人，而张存是成都府人氏，家族全在成都，他本是蜀军老将，素有战功，若非得罪赵季礼，也不会被贬来做寨守。张存知道若他投降，在成都府的全族将无一幸免，自己只有尽力拖延，等蜀军主力到来，则可解围。张存下定决心死守黄牛寨，而副将却有降意，屡次劝说张存投降。张存假意考虑，却趁副将不备，将其斩杀于营帐。张存为向全寨军士表示死守决心，把副将首级挂于寨内。
除了顾忌成都府的家人外，张存对守住黄牛寨还是很有信心。黄牛寨是八个寨子中兵力最多，防守设施最完善的一个大寨子，现在兵力虽有折损，还有二千多人，寨子里有水源，粮食可以支撑两个月，这些都是张存困兽犹斗的本钱。
大周军劝降不成，对最后一个堡垒的战斗打响了。向训指挥的侍卫司到了凤翔府后，寸功未立，而黑雕军已连破五寨。向训主动请战，由侍卫司禁军主攻黄牛寨，王景的边军和侯大勇的黑雕军从旁协助。
王景部将周峻受挫后，经过数日准备，把床弩、抛石车运上阵地，因为山势险峻，大型抛石车无法运上，运上了三架轻型抛石车。这种轻型抛石车只能抛十斤重的石块，本是野战时所用，攻城稍显不足。每一架抛石车由二十人操作，十人拉绳，五人装石，四人稳定车身，一人发号指挥。
周峻下令后，三架抛石车轮番发射，大石块向寨内砸去。寨内蜀军全部抬起头，看着石块飞来的方向东躲西闪，石块对蜀军杀伤并不大，但是对其心理影响颇大。
守将张存冷笑道：“三架抛石车，就想攻打黄牛寨。”下令道：“准备发射木杨弩。”蜀军军士得令后，用绞盘上好木杨弩，轰隆声中，木杨弩势不可挡地向周军阵中飞去。周军军士伏在地上躲避木杨弩，被射中的军士无不缺胳膊断腿，最惨的是一位躲避不及的军士，被粗大的木杨弩箭射中前胸，木杨弩刺透了军士的身体，强劲的推力带着他，撞向另一名军士，两人串在一起，被钉在地上，情景令人恐怖。
周峻道：“放油箭。”周军所用油箭经过特制，箭尖带有一个小瓢，里面盛满油，油箭射到寨子后，瓢败油散，山寨很快到处是油。随后，一支支被点燃的火箭射向寨内。
蜀军对火箭早有防备，木制房屋涂有五寸厚的泥土，不怕水烧。寨内四处都备有泥沙。蜀军冒着箭雨，抬着泥沙，把着火处一一扑灭，不断有被火箭直接射中的蜀军军士，嚎叫着在地上翻滚。
周峻指挥边军用抛石车和火箭攻敌之时，郭炯带着一千黑雕军弩手，逼近寨墙，在弩箭的射程内站定，一千弩手分为三轮，轮番朝军寨*击，军寨上一时箭支纷飞，蜀军军士根本不能露出头来。
向训见蜀军被压制住，高举长刀，下令道：“进攻。”第一波进攻是由两营侍卫司禁军发起，两营禁军共一千人，抬着二十多具长梯，趁军寨的蜀军抬不起头的时机，迅速冲到寨墙下面，把长梯搭在寨墙上，嘴里咬着刀，就往上爬。蜀军站在寨墙上，用钩竿连人带木梯往外掀，被掀翻的木梯重重地砸在地上，梯上的军士也随之落地，寨外的地面上，到处布满铁菱、竹剌等物，军士摔下来后，铁菱、竹剌插入身体，军士非死即伤，哀号不断。
蜀将张存见周军集聚在寨墙外，命军士抬起备好的积木往下抛，积木长五尺、径一尺，上面满是木钉和铁钉。寨外军士很多，每一根积木抛下，都有惨叫声响起。侍卫司军士长于野战，攻城却不在行，面对高高的寨墙，一筹莫展，只有被动挨揍。向训见攻不上去，伤亡又重，便鸣金收兵。
王景一直在旁压阵，对向训道：“集中床弩射寨门，看能否击破。”
向训脸色铁青，眼中喷火，再次下令：“床弩全部对准寨门射击，赵武率两营军士准备第二次攻击。”
周军集中床弩对准了寨门发射，弩箭射中寨门，发出轰隆隆的巨响，但寨门响过后，仍完好无损。黄牛寨寨门由三层厚木做成，上面还涂有厚厚的泥块，可防火，又可起缓冲作用，因此，粗大的床弩弩箭未能射破寨门。
进攻的鼓声再起，赵武带着两营军士冲向寨墙。和上一次一样，蜀军被弩箭完全压制，不敢抬头，赵武率队冲到寨墙时，基本没有伤亡。但长梯靠上寨墙后，蜀军就开始反击。对付长梯，蜀军用了叉竿和钩竿两种历害武器，叉竿上带着的横刃，顺着长梯向下推，不少军士握梯之手被横刃割断，掉了下来，钩竿可以钩住梯子向外推，使侍卫军士上下不能，完全被动挨打。
赵武在寨下，提着刀，督促军士往上爬。寨墙外面已经趟了一层侍卫司军士的尸体，空气中散发中浓烈的血腥味。未死军士的惨叫声、呻吟声，让赵武暗自胆寒，他现在最希望听到收兵号令，可号令迟迟不发，他假装督战，来回奔跑，躲避着寨内扔出石块和积木。
向训见无法攻上寨墙，只好再次收兵。侍卫司军士的尸体密密麻麻铺在寨墙下面。而寨内蜀军，也被石炮、弩箭杀伤不少，军寨有三百多蜀军军士战死，七百多人受伤，蜀军伤亡过半