七月下旬，清方守备南京的兵力已经大大加强，而郑成功顿兵坚城之下不攻不战，士气难免低落。就在清军反攻前几天，郑成功命户官杨英巡视部队，竟发现前锋镇余新部下的士卒离开汛地到江边捕鱼。郑成功得报后很耽心余新轻敌“偾事”，说：“取鱼者伙兵则可，或战兵则事去矣。”二十二日晚上，南京城里的满、汉官员认为时机已到，派汉族绿营兵打头阵，由梁化凤率领部下骑兵五百余名出仪凤门、管效忠领兵出钟阜门于次日黎明时分突然对郑军营垒发起冲击。驻守在这里的余新等部盔甲器械都来不及披挂周全就仓促上阵，很快被清军击败，余新被俘。清军初战告捷，收兵在城外扎营。

当天晚上，郑成功依据形势的变化，重新部署军队，以观音山至观音门一带为集结地点，准备同清军决战。派左先锋镇杨祖统率援剿右镇姚国泰、后劲镇杨正、前冲镇蓝衍屯扎大山上，作犄角应援；中提督甘辉、五军张英伏于山内；左武卫林胜、右虎卫陈魁列阵于山下迎敌；他自己督右虎卫陈鹏、右冲镇万禄在观音门往来策应；后提督万礼、宣毅左镇万义等堵御大桥头大路；右提督马信、宣毅后镇吴豪、正兵镇韩英由水路抄蹑其后；左冲镇黄安专门负责水师，防止清军由水上来犯。郑成功的这一临战部署显然是不正确的。因为清军已出城扎营，次日即大举进攻，郑军连夜移营，将士必然感到疲劳，也不可能熟悉地形，做好迎战准备。

南京城中的清方大员在梁化凤、管效忠出战得胜后，决定在第二天全力出击。具体部署是：昂邦章京喀喀木、梅勒章京噶褚哈、玛尔赛、总兵梁化凤等率领主力由陆路出战；提督管效忠等领军由水路配合；总督郎廷佐等在城留守。二十四日晨，清军从观音山后分路直攻杨祖部军，郑军四镇虽顽强抵抗，终因兵力不敌，几乎全线崩溃，前冲镇蓝衍阵亡，杨祖、杨正、姚国泰领残兵逃窜，山头遂被清军占领。郑成功派右虎卫陈鹏、右冲镇万禄登山援救，但为时已晚。清军乘胜由山上以压顶之势向明军猛扑，一举包围了驻守山谷内的中提督甘辉、五军张英部，二将领兵死战不得脱，甘辉被俘，张英阵亡。列营于山下的林胜、陈魁两镇也全军覆没。后提督万礼等在大桥头遭到清兵首尾夹攻，兵败，万礼被俘，万义泅水逃出。郑成功见陆师已经全线崩溃，命令参军户官潘庚钟站在表示统帅驻处的黄盖下面，自己率领亲随卫士赶往江边调水师。但是败局已定，有限的水师既要保护随军眷属，又要为撤退留下后路，没有力量扭转形势了。清军乘战胜之威进攻郑成功的指挥所，潘庚钟挥众力战直至阵亡。郑军虽败，其将士的英勇献身精神实堪称赞。邵廷寀记：“余游吴淞，遇梁化凤部将管姓者，述己亥战事颇悉。其人身在军中，自石灰山转战而下，声如崩山。然犹按步鼓收兵，至后乃大溃，延平师有纪律如此。……化凤亦言：当劲敌多矣，未有如郑家之难败者。”至此，攻取南京的战役完全失败，郑成功只有收集残兵，另图他策了。

张煌言总结这次战役失败的原因说：“延平大军围石头城者已半月，初不闻发一炮姑射城中，而镇守润州将帅亦未曾出兵取旁邑，如句容、丹阳实南畿咽喉地，尚未扼塞，故苏、松援兵得长驱集石城。余闻之，即上书延平，大略谓顿兵坚城，师老易生他变，亟宜分遣诸将尽取畿辅诸城，若留都出兵他援，我可以邀击歼之，否则不过自守虏耳。俟四面克复方以全力注之，彼直槛羊阱兽也。无何，石头师挫，缘士卒释兵而嬉，樵苏四出，营垒为空，敌谍知，用轻骑袭破前屯。延平仓猝移帐，质明军灶未就，敌倾城出战，兵无斗志，竟大败。”这段话对郑成功的骄傲轻敌，部署不当，作了相当精辟的论述。

二十五日，郑成功率领败军乘船到镇江，查明将领和兵员损失情况，把阵亡、被俘将领部下的士卒拨归其他将领统辖。二十八日，即主动放弃镇江、瓜州等城市，全军（包括在镇江投降的高谦等部，但不包括张煌言部）退出长江口。

八月初四日，郑军退到吴淞；初七日兵船集中于平洋沙、稗沙一带。郑成功有意攻占崇明县城，控制长江出海口。“初八日，舟师至崇明港，集诸将议曰：师虽少挫，全军犹在，我欲攻克崇明县，以作老营，然后行思明（厦门）吊换前提督等一枝，再图进取。一则逼其和局速成，二则采访甘提督等诸将生死信息，三则使虏知我师虽败，尚全力攻城，不敢南下袭我。诸将以为如何？众答曰：可。于是随派防水师并攻城官兵。”初十日郑军在崇明登陆，派右武卫周全斌攻西门，宣毅后镇吴豪攻北门，正兵镇韩英攻东北角，后冲镇攻西南角。次日上午开始大举攻城，郑成功亲自督战。清游击刘国玉、仝光英、王龙、陈定等据城顽抗。韩英和监督王起俸奋勇攻城，都被清军火铳击伤，几天后伤重而死。郑成功还想让其他将领带兵猛攻，周全斌建议：“官兵被创之余，昨日韩英被伤，闻者寒心，无心恋战。且得此孤城绝岛亦是无益”，不如回师南下休整。郑成功同意了这一意见，传令班师。

郑成功南京之役，清朝官方指斥为“海贼入犯”固无足论，后来的史学家也评论不一，有的称赞为恢复壮举，有的讥为轻举妄动。本书作者认为可以总结出以下数点：

一，郑成功进攻南京之役是正义的，符合当时百姓的愿望。这从他和张煌言领军溯流而上，大江南北许多州县的绅民望风归附可以看得很清楚。战役前期取得的成果相当惊人。顺治十六年九月二十一日江南总督郎廷佐揭帖中有一段概括性文字说：“不意海氛狂逞，自五月初旬即寇崇明，旋入京口，至六月中旬陷瓜洲、破镇江、仪真、六合、江浦，沿江一带四散蹂躏，直逼省城。又分侵上游，以致宁、太、池三郡属邑并和、含等州县相继失守。……以五、六、七月之间在江北而论，如瓜、仪、天长、六合、江浦、滁、和、含山被陷矣，而淮、扬等郡震邻滋蔓也。在江南而论，如丹徒、高淳、溧水、建平残破矣，而上元、江宁、溧阳、丹阳等处界连荼毒也。在上江而论，如太平、宁国、池州、当涂、芜湖、繁昌、宣城、南陵、贵池、铜陵、无为、舒城、庐江、巢县等处失守矣，而安、徽、庐三郡接壤地方祸延不小，室庐货物被其烧毁，子女玉帛被其掳掠，田地禾稻被其蹂躏。今虽寇遁，而逃亡流离大费抚绥。”清方为保卫南京“调集诸路满汉大兵会剿，齐驻省城，甲士云屯，战马鳞集，所需粮饷，日费万有余金……”。郎廷佐奏疏中虽不免有诬蔑之词，但不难看出到决战前夕清江南地区已势同瓦解，疏中所列失守城池绝大部分是郑军未到而主动反清归明的，反映了人心的向背。

二，如果郑成功能够采纳正确建议，进至瓜州一带时统率主力由陆路直趋南京，乘城中清军守备兵力单薄迅速攻城，清方“城大兵单”，突破一处，歼灭守敌的可能性是相当大的。只要攻下南京，在政治上和军事上就已占上风，然后分兵四出，仍在观望之中的清绿营官兵马逢知之流和更多的汉族官绅必然反正来归，顽固不化者聚而歼之。这样，有可能迅速占领江南财赋之区，清廷在经济上必然陷入困境。达素由北京统领南下的一万余名援军和明安达理部先后从荆州东下的两批援军数量既有限，又不熟悉水战，难以扭转战局。清廷如果调回进征云、贵的主力对付郑军，不仅路途遥远，丧失战机，还将给李定国、白文选等以卷土重来的机会。郑成功、张煌言若能联络夔东十三家的兵力，更将使西南清军回救江南造成重大障碍。明、清对峙的局面将延续更长时间。时人沈光文总结南京之役道：

永历己亥之岁，延平扬帆出海，拨棹横江，戈挥于铁瓮（镇江古名）之南，艗系于金陵之北。童叟望云来霓，开天见日，妇女箪食壶浆，镂骨铭肥。惟因人皆济美，遂用汝作楫舟；东吴士尽英髦，于是争先剚刃。瓜、镇没水海师，江龙斩断；义军登城树帜，虏丑全输。京口喋血填濠，守将扶明反正。郑延平六月兴师，十年养锐；张侍郎四方传檄，七郡来归。通金陵城而为营，因岳庙山而树栅。满汉望风披靡，胡廷举朝震骇。死于山者，山变其色；沉于水者，水断其流。当是时，断瓜洲则山东之师不下，据北固则两浙之势不通。延平若听甘辉之言，南都不待回师而定。奈何大势已去，望海兴悲。壮志未成，待机而动。

三，郑成功在南京之役中失利，主要原因是犯了轻敌的错误，导致清军能够扬长避短。“北儿马，南儿船”，自古如此。从整个战役来看，南京城内的清军直到七月十五日梁化凤部入城之时，马匹很少，几乎没有什么优势可言；郑成功军的水师占压倒优势，陆战主要是依赖装备有火器、铁盔甲的步兵，利于攻守城池，不利于野战。若能抓紧战机，乘清军骑兵未集之时猛攻南京，取胜的把握颇大。待到清军各路援军抵达，编组成一支颇有威慑力的骑兵时，郑军就穷于应付了。名将甘辉和其他部署在观音山诸将的覆败，都同缺少骑兵有密切关系。郑成功在战略上的失误还表现在重兵进抵南京城下之后，即便一时不能破城，也应该分派部分军队接管南京周围州县，切断清方援军入城道路。中提督甘辉在进攻南京之前就提出建议：“兼程而进，逼取南都。倘敢迎战，破竹之势，一鼓而收；不则围攻其城，以绝援兵，先破其郡，则孤城不攻自下。”可惜郑成功没有采纳他的意见。甘辉被俘之后，同万礼、余新一起押到郎廷佐等满汉官员面前，万礼、余新下跪，甘辉踢之曰：“痴汉尚欲求生乎！”大骂不屈，英勇就义。人们常常以成败论英雄，未必正确。在甘辉、张煌言这样有勇有谋、忠贞不渝的将领面前，长江之战的胜利者清方任何一位将领都难以望其项背。吴伟业出于无奈给梁化凤写了《壮猷纪》，但他良心不昧，对出仕清朝深自痛悔，在一首词中写道：“为当年沉吟不断，草间偷活”，到头来“竟一钱不值何须说”。梁化凤统兵赴援，争先出击，得了头功以后又把部下的良马抽出供“满洲大兵”乘骑，让自己的部分士兵徒步为“大兵”开路。这种奴才气味十足的做法得到主子的赏识自在情理之中。战役胜利以后，他与巡抚蒋国柱“兵过无锡洛社，花货满载，牛羊络绎不绝，余可知矣。所掠妇人俱在苏州发卖，镇江凡失父母妻子者，贴票各府县寻觅甚众，无锡城门招子粘满”。这同张煌言军的纪律严明适成鲜明对照，谁是王者之师，谁是殃民之贼，难道还不清楚吗？

四，郑成功嫡系军队中存在海盗遗风也是失败原因之一。史籍记载，郑成功原来计划攻取江南为基业，进军时曾经下令军队不得侵犯长江以南各府州百姓，但可以从江北地区“筹粮征饷”。何况，在长江以南的某些地区郑军也有以征服者自居，任意杀掠的行动。李邺嗣记：“己亥之夏，……海师忽奄至，纵兵大搜牢，杀（浙江鄞县）东乡万余人”，李邺嗣的好友丘栋隆也由于海师“索其财，无有，因杀之”。李邺嗣是张煌言的好友，顺治九年煌言父张圭章卒于乡，李为之营葬。毕生以复明为志的李邺嗣无论如何也想不到打着复明旗号的郑成功“海师”在自己的家乡演出了一场“露刃如麻，万夫罹凶”的惨剧。乙酉（1645）以后，李邺嗣的父亲李邺和许多亲友被清政府杀害，然而他“未有如哭吾丘君之甚者也”，遣民的隐痛真是难以言表。这就说明，郑成功进攻南京之役不仅在军事上连续犯了大错误，在政治上也有不少丧失人心之举，从而导致全盘覆败。

上面探讨了郑成功南京之役失利的几个原因，就明清双方对峙的局面来考察，郑成功最大的失策是私心自用。南京战役显示了他的兵力相当强盛，当顺治十年、十一年李定国、孙可望军威大振时，郑成功如果真心拥戴永历朝廷，亲率主力会师夹攻，江南必下无疑。可是他始终按兵不动，直到清军占领贵州，永历朝廷已经很难招架的时候，他才大举进攻南京。换句话说，郑成功的复明是以他自己为首的“明”，在西南永历朝廷明军兵势尚盛时，他决不肯出兵配合作战；他自以为最聪明的战略是西线明军败退已远，又还牵制着清军主力时大举出兵收取江南是最佳方案；相对于清廷权威集中，用兵总能着眼于全局，则是最坏的战略。总之，郑成功的设想和举措同李定国、张煌言很不一致，以往的史学家常把郑成功同李定国、张煌言描绘成志同道合，究其实际却是志不同、道不合。南明之未能中兴，关键正在于许多实力集团的首脑视本集团的利害高于抗清大业。

郑成功的长江战役虽然以失败告终，仍不失为明清之际历史上光辉的一页。它是清初反对满洲贵族推行暴虐的民族征服政策的最后一次大规模战役；它曾经使清廷统治者闻风丧胆，坐卧不宁，各地仁人志士为之兴高采烈、翘首以待；在我国军事史上很难找到类似的战例。清廷于险胜之后，痛恨江南地方官员无能，顺治十七年（1660）三月，清廷以海师入犯，“巡抚蒋国柱、提督管效忠等败绩遁走”分别议罪，得旨：“蒋国柱免死革职，与本王下为奴。管效忠免死，革提督并世职，鞭一百，发包衣下辛者库为奴，俱籍没。”协领费雅住巴图鲁、札尔布巴图鲁俱革世职立绞籍没，牛录章京当都、巴尤布达什俱革职立绞籍没。两年之后，大规模地实行沿海迁界（简称迁海），同郑成功、张煌言指挥的长江战役有密切关系。