等到唐军快到时，在堤上列阵的士卒佯装退入岸边滩涂。元密以为庞勋畏战，纵兵追击。船上伏兵突然杀出，与岸上士卒联合起来夹攻唐军。

双方角逐在一处搏命厮杀，从午时一直战至黄昏，饥疲交加的唐军再也支撑不住，阵形溃散，被打得大败。

元密领兵撤退不慎陷入泥沼，一时无法退出，庞勋追到又是一顿砍杀。

元密和监阵敕使全部战死，士卒被杀千余人，其余均放下武器归顺庞勋，从徐州派出剿匪的三千精锐竟无一人归还。

庞勋向降卒了解徐州城防，得知城中兵力仅剩一千余人，且毫无戒备，遂决意夺取徐州。

十月十五日，庞勋率军北渡濉水，翻越山岭直奔徐州而来。

当晚，崔彦曾获知元密全军覆没，忙向邻近军镇请求增援。第二天，派人堵死城门，挑选城中精壮男丁登城防御。

徐州自建唐以来，两百多年间很少发生战事。得知庞勋杀到，城中军民早已斗志全无。有人劝崔彦曾前往兖州避难（山东济宁市衮州区），被崔彦曾严辞拒绝，发誓与徐州共存亡。

十月十七日，庞勋率七千余人抵达徐州城下，鼓噪喧哗，声震天地。

庞勋令人安抚居住于城外的民众，严禁侵扰。百姓见庞勋不但不像官府描述的那样凶神恶煞，反而对他们十分亲切，纷纷赶来归顺。不多时，庞勋攻陷外城。

崔彦曾退保内城，百姓反过来帮助庞勋攻城，放火焚毁城门，内城也被轻易攻破。徐州沦陷！

庞勋把崔彦曾拘押起来，将尹戡、杜璋、徐行俭三名罪魁祸首交给愤怒的戍卒，凌迟处死。

庞勋意气风发，端坐于观察使宝座之上，两边站满全副武装的士兵。徐州军府所属文武将吏，全部跪伏在殿堂下瑟瑟发抖，没人敢抬头仰视。

当天，城内愿意归顺的多达一万余人。

十月十八日，庞勋叫来提出“三难、五害”的温庭皓，让他给朝廷上疏，索求节度使官职。

温庭皓很有骨气，誓死不写。庞勋笑着赞叹：“你个书生胆子倒大，竟不怕死！我庞勋能夺徐州，还怕没人起草奏疏！”随即大度放走了温庭皓。

有个叫周重的读书人，平时自诩有才，但一直未受重用，过得穷困潦倒，对朝廷愤懑不堪。城破之后，徐州换了主人，他主动前来投靠。

庞勋大喜过望，将其迎为上宾，请他替自己起草奏疏。周重思忖片刻，提笔一挥而就：

“臣所在武宁军，乃是汉高祖刘邦龙兴之地（刘邦起于沛县，属徐州境）。近来只因节度使克扣将士粮饷，且赏罚不公，被将士驱逐。陛下不问缘由，竟下令废止武宁建制，对军中将士或杀或流，以至冤死无数。”

“如今又要诛杀我等，将士痛恨愤慨，推举臣暂代兵马留后，统辖十万军队，节制四州之地。”

“臣听说见利必须抓住，这是成就帝王之业的根本。臣已掌握徐州军政，不想失去利益。特地恳请圣慈，赐予臣节度使旌节。否则不然，臣将挥戈西向，打下长安再去拜见陛下不迟！”