5月1日上午，郑军与荷兰殖民者的首次战斗分别在海面与陆上进行。在海上位于赤嵌城与热兰遮城中间的大员湾，荷舰以夹板船赫克托号和格拉弗兰号为主力，辅以小帆船白鹭号和快艇马利亚号，边开炮边向郑军船队直冲过来。郑军由宣毅前镇总兵陈泽、侍卫镇总兵陈广和左虎卫左协陈冲率领装有两门火炮的六十艘战船迎战。郑军战船虽然在体积和火力上远逊于荷舰，但是他们英勇善战，利用自己在数量上的优势对荷舰展开围攻。战斗异常激烈，硝烟弥漫在海面上，以致在稍远的地方都无法辨别双方船只。战斗中，郑军炮火击中了赫克托号的弹药库，引发了剧烈的爆炸，瞬息之间这艘最大的荷舰连同舰上100余名士兵全都葬身海底。郑军将士大受鼓舞，向其余荷舰发动了更猛烈的进攻。五六只郑军战船连接在一起，搭成桥形，紧靠着荷舰“格拉弗兰”号，郑军士兵则通过绳索奋勇爬上敌舰，与荷军士兵展开搏斗，而几只用竹筏制成的装满苎麻、麻布、茅草和其他杂草，并放满硫黄、沥青、椰子油、火药等易燃品的郑军火船也用铁链扣住“格拉弗兰”号的船头斜桅，使火延烧过去。面对英勇的郑军将士，荷舰再也坚持不下去，“格拉弗兰”号上的荷兰士兵拼死砍断了铁链，带着“白鹭”号仓皇逃回热兰遮城，而快艇“马利亚”号则逃往巴达维亚求援。
陆上，荷军上尉汤马斯·贝德尔（中方文献写作拔鬼仔）率领240名精兵在北线尾沙洲南侧登陆，想夺回这个控制南北航道入口处的小岛。贝德尔十分狂妄，他认为，25个中国人合在一起还抵不上一个荷兰兵，中国人受不了火药的气味和枪炮的声音，只要放一阵排枪，打中其中几个人，他们便会吓得四散逃跑，全部瓦解。他命令士兵排好队形，以12个人为一排，连放三排枪，向中国军队发起进攻。出乎贝德尔意料的是，郑军士兵并没有一听到枪声就四散逃窜，而是在宣毅前镇总兵陈泽的带领下，沉着应战，像墙壁一样堵住了荷军前进的去路。郑军士兵除了用火炮迎敌外，主要用弓箭应战，箭像雨点一样射向荷兰士兵，给他们造成重大的杀伤。荷兰史料记载，在这次战斗中，许多中国士兵“不顾死活地冲入敌阵，十分凶猛而大胆，仿佛每个人家里还另外存放着一个身体似的”，从此郑军弓箭手作为荷兰军人最恐惧的对手而被永远载入荷文史册。激战中，另一路郑军则从荷军后面包抄过来，奋勇冲入荷军阵中。荷军士兵腹背受敌，“他们的勇气这时完全被恐惧所代替”，许多人甚至还没开火就把枪丢掉，抱头鼠窜，落荒而逃，郑军则乘胜追击。在短短的几十分钟的战斗中，贝德尔上尉和他的118名士兵当场丧命，其余的士兵跳入水深及颈的海中逃命，有的就淹死在海中，只有80名士兵逃到船上返回热兰遮城。
由于郑军在水陆两方面的战役都取得胜利，因此很快完成对赤嵌城的合围。当时驻守赤嵌城的荷军有六七百人，粮食、火药严重不足，用水也仅能维持8天。为了挽救赤嵌城，荷兰台湾长官揆一从热兰遮城派出两名使者求见郑成功，提出愿意交纳一笔赔款，换取郑军撤出台湾，或者允许荷兰船只继续在台湾通商。郑成功传令在赤嵌城外郊野设下营帐，接见荷兰使者。他严厉驳斥了荷兰人的无理要求，严正指出，“台湾岛一向是属于中国的，在中国人不需要它的时候，可以允许荷兰人暂时借居。现在中国人需要这块土地，来自远方的荷兰人，理应把它归还原主，这是理所当然的事”，表达了自己以“大明招讨大将军”的身份替中国索回台湾的决心。最后，郑成功起身离座，手指远处的赤嵌城，对两名荷兰使者厉声说道：“如果你们仍然不可理喻，违抗我的命令，我的健儿便会向它进攻，占领它并将它夷为平地。我大军一动，可以翻天覆地。我军所向无敌，攻无不克，战无不胜。你们要听从我的警告，对此好好加以考虑。”然而荷兰殖民者并不甘心退出台湾，决定继续顽抗，他们在热兰遮城上竖起血旗表示决战之心。郑成功于是下令何斌通过当地百姓找到流入赤嵌城的水源，切断其淡水供应，又让士兵每人带一束柴草堆放于城下，声称准备放火攻城。困守于赤嵌城内的荷军司令官描难实叮孤城援绝，迫于郑军的强大攻势，于四月初六日献城投降。此次投降给郑成功带来一个意外的礼物——有七八十名由荷兰人带到台湾的南洋吕宋群岛土著人组成的火枪队归顺了郑成功，对郑成功个人表现出极大的忠诚，他们后来还参加了围攻热兰遮城的战役，被荷兰人菲利浦·梅称为“黑鬼步枪队”。
夺取赤嵌城后，郑军数千人分乘快船，冒着荷军猛烈的炮火登上赤嵌城对面的一鲲身岛，从四面八方突入热兰遮市街（当地汉人百姓俗称台湾街）。荷军先在市街周围放火，焚烧未及运走的粮食、草料等物，然后全军退入热兰遮城堡。
热兰遮城堡建在一鲲身沙洲北端高地上，建造后以荷兰第二大省Zeelandia之名称之，它三面环海，只有南面一个方向与台湾本岛连接。城堡十分坚固，其地基全由福建运来的厚重石材垒成，城墙最厚处达6英尺（1英尺=0.3048米），侧翼厚4英尺，外围则有高3英尺、厚18英寸（1英寸=2.54厘米）的糖浆混凝土围墙，城堡的四角都设有巨大的棱堡。附近高处又筑有一座外堡作为拱卫，名为乌特勒支堡（也是荷兰地名）。城堡与外堡不但有八百余名配备火枪的荷兰士兵把守，还将最具攻击力的重型火炮集中在上述两处城堡内，居高临下，使其显得易守难攻。
郑军攻打热兰遮城的战役进行得非常惨烈。从农历四月初四日至十九日，郑成功传令将数十尊大铁炮陆续运入热兰遮市街，又制作篮堡作为可移动的防御工事。所谓“篮堡”，功用有如近代战场上的沙包，就是用当地盛产的竹子，破开成长约一丈的竹篾条，六面经纬相穿编成一个方形大筐，内装湿红泥，待风干后成为一个可以推动或滚动的坚固墙体，也可以用作移动的碉堡。四五个士兵滚动着它缓慢前进，具有十分可靠的防卫枪炮的功能。这不能不说是郑成功麾下闽南籍将士的一大发明，它既利用了台湾竹子的坚韧，又发挥了泥土的以柔克刚，实在让拥有现代火器的荷兰人不得不深深地叹服。郑军趁夜间将篮堡向热兰遮城下移动，准备在攻城开始时摆放成防卫屏障。准备就绪后，郑成功再次派人入城劝降。在这封劝降书中，郑成功写道，“澎湖诸岛距离漳州诸岛不远，因此隶属漳州。同样，台湾邻近澎湖诸岛，因此台湾亦应隶属中国政府”，再次严正声明自己收回台湾的坚定信念。荷军自恃城堡坚固，火药炮弹充足，又知道郑军粮食短缺，难以持久作战，因此拒绝投降。二十四日晚，郑成功下令开始炮击，炮击持续了约四小时，但由于距离太远，又是从低处向高处发炮，加上热兰遮城堡外墙极为坚硬，郑军的炮火竟然未能在城堡上打破一个缺口，仅有四名荷兰士兵阵亡，另有一些荷兰士兵被飞溅的碎石击伤。当郑军炮火的轰鸣声渐渐平息下来的时候，荷军开始反击，他们利用居高临下的优势，重炮、火铳齐发，还向郑军阵地投掷手榴弹，使郑军遭受重大伤亡，架设火炮的土台也几乎完全崩塌。郑成功只得下令全军退出热兰遮城前方旷地，撤入市街，以避开荷军猛烈的炮火。当日午后，郑军又发动一次攻击，仍未取得预期的效果。此时军中再报缺粮，郑成功见攻城无果，将士伤亡颇大，考虑到台湾本岛大部已经收复，荷军只剩一座孤城，不可能有太大作为，此时当务之急是解决军粮问题。于是郑成功采取“围困候其自降”的方针，留下提督马信率亲军骁骑镇修筑壕沟围困热兰遮城，自己带领中军大营移驻鲲身山，商议设置府县及发兵屯垦大计。
自郑成功出师东征以来，一直存在军粮短缺的问题，许多将士对此颇有怨言。郑军上岛之时，因不及夺取荷兰殖民者在热兰遮市街的粮仓，荷军在撤入城堡时将剩余的粮食付之一炬，使何斌原来夺取台湾米粟以供大军食用的想法化为泡影。郑军只夺取了赤嵌城粮仓，但存粮有限，至四月初二日，分发给各镇官兵的口粮只够将士半月之用。无奈之下，郑成功只得一面派人回厦门催粮，一面对各土著部落实行安抚结好的策略，使其乐意输粮供米。他亲临番社巡视抚慰，对土著酋长愿来归附者都设宴款待，赐给袍服靴带以示恩德，又命协理五军戎政杨朝栋、户都事杨英跟随熟悉土番风俗的何斌持黄金到各乡社购买粮食，同时找到荷兰人所藏的粮食六千余石（古代容量单位，十斗为一石），暂时缓解了军中一时之急，但因为将士众多，也只能日给两餐。
为了适应长期围城对军粮的需求，郑成功除下令继续在当地征购粮食之外，又亲自前往大目降、大武垅、半线、目加溜等处番社实地勘察，决定依照三国时代诸葛亮以兵屯田之法。他召集提督、镇将及参军会议，说：“大凡治家治国，以食为先。今食之者众，作之者寡，倘若粮饷告匮，而大师不能宿饱，其欲兴邦固国，恐亦难矣。故昨日本藩躬身踏勘，揆审情形，细观台湾土地，甚是膏腴。当效寓兵于农之法，庶可军饷无匮，兵多粮足。然后静观衅隙而进取。”五月初，首批郑军镇营分散进入南北各路开始屯垦，郑成功颁布命令“不准混侵土民与百姓现耕物业”，并会集文武各官审训搜掠百姓银两、盗匿粮食的罪犯，主谋宣毅后镇总兵吴豪被判斩首，虎卫右镇总兵陈蟒同罪捆责革职。同年十二月，郑成功又下令诛杀以小斗克扣军粮的协理五军戎政杨朝栋，使将士诚服，军心得以暂时安定。但厦门接济粮船迟迟不至，郑成功对此尤为震怒，曾在营帐座前挥笔写下“户失先定罪”五个大字，意谓留守金厦的户官郑泰延误援台米粮的运送，应处失职之罪。虽然后来得知厦门确已发船运米来台，因海上发生被渔民称作“石尤风”的风暴，运粮船都在风暴中倾覆，但郑成功仍因此对金厦守将怒气难息，后来终于酿成两地将领之间的矛盾。六、七月间，调派的第二批官兵及将领家眷抵达台湾，郑成功将他们派遣到各地驻扎屯垦。
6月，在大员湾海战中逃脱的荷兰快艇“马利亚”号经过50天的航行后终于驶回巴达维亚，向荷兰东印度公司总部报告了郑成功率军攻打台湾的消息，荷方随即派遣司令官考乌率领七百多名士兵，分乘12艘夹板船从海路增援台湾。由于郑军未能设法切断热兰遮城的通海之路，荷兰援军得以从北线尾南面驶进台湾。但是风暴摧毁了这次救援，增援舰队在卸下一批粮食、火药和50名士兵后，海上突然刮起强风，船只被吹得四处漂散，有一艘平底船“厄克”号甚至被风浪推向萧垅溪的一个沙洲上搁浅，船上42名荷兰士兵全部被守卫在这里的郑军擒获。就这样，那位远道而来的荷兰司令官考乌只得带领他的船队退到澎湖避风、寻找淡水，到9月10日才返回台湾，停靠到热兰遮城堡的背面。
对于荷兰援军的到来，郑成功感到巨大的威胁。由于大部分部队已经被派遣到各地屯田，郑成功只能紧急调遣驻扎在近处的右武卫镇前协将领裴德率部协守大员，并密令分散在各地屯垦的部队尽快返回。同时派人在赤嵌城用竹筏做了许多火船，里面装着苎麻、麻布、茅草，并放满硫黄、沥青、椰子油和火药，又增派船只在大员湾一带日夜巡查，随时准备应对荷兰人的进攻。
揆一决定在援救舰队配合下出击驻守热兰遮市街的郑军部队及北线尾附近的郑军水师船只，以扭转被围困的被动局面。为鼓舞荷军士气，揆一等人决定，作战时“决不饶恕中国船上任何人，见人就杀，不留一个”，而“捕捉或焚烧一只帆船的赏金为一百里尔”。9月16日，满载700多名荷兰士兵的三艘甲板战船和两艘双桅帆船首先向靠近城堡的郑军水师发炮攻击。郑军由宣毅前镇总兵陈泽率领戎旗镇左右协水师陈继美、朱尧、罗蕴章等部迎战。战斗中，荷兰的小型帆船被从甲板船和大型帆船旁边引开，得不到火炮的掩护，迅速被郑军水师包围。郑军士兵勇猛地用石头和弓箭迎击荷军的火枪和火炮，他们还将荷兰士兵投来的火罐和手榴弹用竹席接住并掷回荷军战船。很快郑军水师就击毁了一艘荷兰的小型帆船，夺取了两艘小型帆船，迫使其他小型帆船逃离战场。郑军水师官兵奋不顾身，驾驶火船强行靠上荷军大型夹板船发起进攻。战斗持续了一个多小时，在猛烈炮火的攻击下，荷军主力舰“科克伦”号损毁严重，搁浅在郑军炮台附近，最后被密集的炮火击毁沉没。另一艘夹板船“克登霍夫”号也在激战中受损搁浅，被郑军所俘获。其余荷舰相继仓皇退出北线尾海域，逃回热兰遮城。
根据荷兰史料记载，荷方在此次海战中“损失了一个艇长、一个中尉、一个军曹和128名士兵，另有一些人负伤”。此外，另一路由陆上进攻热兰遮市街的三百名荷军也很快被郑军击溃。经过这次重创后，荷军再也没有勇气和力量发动任何有效的反扑。
此役过后，双方进入了艰苦的相持阶段。郑军方面的困难仍然来自于日益恶化的军粮供给，官兵日仅二餐，且大部分为番薯、木子等物，营养不足，许多士兵还染上山地疟疾，不断有人死亡，近半年的时间围城使得全军厌烦疲惫，甚至出现水师船只逃亡的现象。在荷兰一方，同样流行的疾病使能参战的士兵日益减少，剩下的人也因饮水不净和长期食用干肉而变得衰弱乏力。荷兰评议会开始清点人口和食物、弹药，决定尽量节约物资以延长时间，甚至打算把妇女和儿童遣送到巴达维亚，以减少对食物的消耗。
11月，传来对荷兰殖民者有利的消息。清朝驻守福建的靖南王耿继茂派人送来一封信函，提议荷兰人配合清军对付郑成功，要求荷兰派出几艘夹板船前往福建，联合进攻留守金门、厦门的郑军水师。揆一等人接到信后大为兴奋，要求评议会同意抽调部分战船和士兵到福建参与夹击，认为此举可能缓解台湾的压力，至少让郑成功感觉腹背受敌而顾虑分心。
新近来到台湾的考乌主动请求承担这项任务，得到荷兰评议会的批准。于是考乌带领他的船队开始向福建进军，并在数日间抵达澎湖，在那里抛锚停泊。由于考乌不敢过于靠近郑军占据的澎湖主岛，竟在深水处抛锚，致使两艘大船和一艘小船的锚索被风浪扯断，只好顺流返回台湾。考乌见自己只剩大小两艘船只，也不敢再赶赴福建，趁着第二天风势稍缓，下令起锚驶回巴达维亚。让台湾荷兰评议会始料未及的是，考乌在抵达暹罗时，竟被当作一位凯旋的指挥官，受到鸣礼炮欢迎。
但是，巴达维亚的增援和从福建传来的有关清军将与荷兰人联合的消息，的确使郑成功深受震撼，加上军粮的紧缺和部分士兵的逃亡，甚至有密报留守福建铜山的郑军将领蔡禄、郭义暗通降将黄梧，准备献城降清。一时危机四伏，阴霾重重，一向指挥若定的郑成功也性情大变，常常表现得焦虑而多疑。据当时投降郑氏的荷兰土地测量师菲力普·梅日记所载，在台湾围城的九个月内，郑成功性格偏激，喜怒无常，对部属常无故训斥，就连最信任的高级将领马信、高级行政长官杨朝栋，都在其面前战战兢兢、噤若寒蝉，造成许多良好的建议无法上达。史料也记载，马信曾劝谏郑成功“立国之初，宜用宽典”，婉转劝说其改变立法苛严、果于诛杀的做法。郑成功却回答：“此知其一，不知其二。立国之初，法贵于严，才不至于产生流弊，希望能让后来守成者容易治理罢了。”在这种思想指导下，郑成功严令铜山守将蔡禄、郭义领其全军赴台，结果造成蔡、郭二人率军投降清朝，连主持铜山军务的老臣忠匡伯张进，也因遭受二将胁迫而自焚身死，后来幸得厦门留守将领黄廷、洪旭迅速领兵救援，铜山才得以恢复。
荷兰人与清军联合牵制郑军并取得援助的计划落空，使得郑成功大大松了口气。热兰遮城中的荷兰人则陷入深深的恐慌之中，他们不仅失去一艘大型夹板战船，而且也失去一批善战的士兵和不少粮食弹药，希望化为泡影，这使他们在对临阵脱逃的考乌产生切齿之恨的同时，士气也下降到了最低点。眼前发生的一切事件，也使郑成功明白继续围城将是十分不利的，等到海上季风盛发，那时巴达维亚的荷兰殖民者总部将可能派遣更多的船只来增援，后果必不堪设想，因此郑成功决心即日攻城。
事情的发展终于给了郑成功一个有利的时机，由于对战局感到绝望，许多荷兰士兵开始逃出城堡向郑军投降。其中有一名叫汉斯的日耳曼士兵在12月16日投奔郑成功营帐，“这个对各方面都详细观察过的军士，把这围城里的状况详详细细地告诉了国姓爷”（荷兰史料原语）。汉斯说，由于考乌的逃离，带走了他们之中很多精良的士兵和军需品，并且使留下的士兵完全丧失了斗志，由于受到长期围困，守军粮竭力疲，除了驻扎乌特勒支外堡的兵士，在热兰遮城内能作战的兵士已经不足四百人，而且因疾病和衰弱每日都在减员。因此他建议利用城堡中守军惊慌疲惫的时机，发动持续不断的攻击，就可迅速取胜。汉斯还凭借自己在欧洲多年的作战经验，详细描述了荷军城墙与外堡工事的薄弱点，提出先攻占乌特勒支外堡和小山头，就可以在当地筑起防御工事，阻碍城堡内的火力，从而逼近主城堡的墙边，城堡也就容易攻破。
郑成功决定按汉斯的建议行事。1662年1月，郑成功下令将郑军所有镇营的重型火炮集中到热兰遮城临近的一鲲身，自己也在一鲲身的凤梨园荷兰人称为“羊厩”的地方设下营帐。为了减少荷军炮火造成的伤亡，郑成功下令制造大量的篮堡，并让士卒在夜间将篮堡悄悄向前移动，白天就藏身于篮堡之后，全军依次向热兰遮城缓缓推进。另外在乌特勒支外堡的南面和东面增筑了三座炮台，还用竹子制作了许多云梯作为攻城工具。25日凌晨，郑成功下令开始炮击，那些架设在篮堡中间的大铁炮随即发出惊人的吼声，很快将乌特勒支碉堡白色的石灰完全崩落，露出里面的红色砖墙。不久碉堡顶盖整个崩塌，墙壁也被打出几个大洞。据荷兰人当时的记载，25日这一天，郑军以28门到30门重炮发射了约二千五百发炮弹，持续而猛烈，炮声不绝于耳。以当时火炮性能与发炮技术，能在一天之内发射如此之多的炮弹，足以令荷兰人心胆俱裂，惊叹郑成功拥有这样技巧精湛的炮手和制作火药的工匠。荷兰人发现，在郑军发射过去的炮弹中，竟有重30磅的铁弹丸，而要推动这样重的炮弹，就当时的火炮性能，需要与炮弹大体相同重量的优质火药，这一现实确使荷兰殖民者深感震惊。
紧接着，郑军士兵奋不顾身地向城堡推进，在城堡前方的壕沟跨上十几副云梯。停泊在对面北线尾的郑军水师火船，也冒着荷军的炮火驶近城堡近海的一面，荷军从城堡内疯狂地投掷手榴弹、臭罐（汽油瓶），都无济于事。后来荷军以悬赏一百荷兰盾的代价，派出由中尉德罗尔带领的30名士兵，冲进最靠近乌特勒支堡的郑军火炮阵地，用铁钉钉死炮眼的方法破坏郑军火炮，郑军士兵猝不及防，被荷军趁乱毁坏数门铁炮。但荷兰人的伎俩并没有发挥太大的作用，随着北线尾郑军炮火再次猛轰，乌特勒支外堡顷刻间砖石横飞，残壁洞开。荷军只得彻底放弃守卫，在当日临近黄昏时刻撤回热兰遮城。荷军在撤出乌特勒支堡时，用心险恶地埋下四桶火药，致使后来占领碉堡的郑军将士都壮烈阵亡，提督马信因赶赴郑成功的紧急召见而幸免于难。
乌特勒支外堡被郑军攻破后，龟缩在热兰遮城内的残余荷军自知灭顶之灾即将来临，悲哀厌倦的情绪笼罩着整座城堡。他们甚至拒绝去修补那些让炮弹崩坏的墙体和防御工事，以致荷兰评议会不得不用酒来鼓励士兵去做那防御工事，荷兰人自己记载说，“但显然他们觉得那太少了，因为他们当中有人说，如果免了他们那项工作，他们愿意交出酒”。与此相反，占领乌特勒支堡的战果使郑军士气大受鼓舞。当天夜间，他们继续在小山头上堆放篮堡，建造一座大型炮台，由篮堡垒成的战壕延伸到了热兰遮城外。为了阻碍郑军的迫近，荷兰殖民者不断用臼炮（一种短程火炮）、火枪、手榴弹向郑军轰击，以致火光冲天，将整个城堡映照得如同着火一般。
荷兰殖民者确信，郑军将会用攻打乌特勒支堡那样猛烈的炮火来攻打热兰遮城这座陷入重围的孤城。1月26日清晨，当城堡内的所有荷兰人看见外面近在咫尺的郑军战壕的那一刻，他们彻底明白再也没有什么可以挽救自己的命运了。于是荷兰评议会召集所有商务官和军官商讨最后的对策。大多数人认为，按照目前危急的形势，只有在“最合理的条件下”将城堡献给“国姓爷”，才是最理想的出路。只有揆一一人坚持认为，应等郑成功再发动一次攻击之后再做决定。因为郑军为攻取乌特勒支堡已消耗了大量的火药，弹药一定所剩无几，不足以用来攻打热兰遮城。而热兰遮城内的兵力、武器与粮食还可以支持四五个月，在此期间相信巴达维亚援军将会再度抵达，那时内外一举反攻，当可获得全胜。揆一的想法立即遭到其他人的驳斥，他们认为现在郑军要攻破热兰遮城的四角附城，已无需太多的火药，况且郑军的火药或许比“揆一长官”估计的多，此外由于粮仓遭受破坏，仓内的粮食已开始受潮腐烂，加上荷军士兵负伤、生病以及缺乏新鲜食品，早已悲观厌战，要支撑四五个月将是很可笑的。
至于巴达维亚方面，根据情报正准备与葡萄牙人作战，短期内将无法派出援军，即使能派出援军，因目前所有近海港道都被郑军切断，援军也难于靠近城堡。最后，评议会所有人员否决了揆一的提议，决定与郑成功谈判，“在合理的条件下，把这座城堡交给郑成功”。27日下午，荷兰评议会将给国姓爷的求和信绑在一根竹竿上，命一个荷兰士兵持着竹竿到通往台湾街的路上插住。不久郑军士兵发现了竹竿上的信函，很快将它上交到郑成功的营帐内。这封信敬称郑成功为“热兰遮前面的大官国姓爷”，恳求郑军停火，并要求郑成功用荷文写一封回信表明是否愿意谈判的态度。
郑成功以中华民族大智大勇的气度与宽容善意的本性，决定在完全收复故土的条件下与荷兰殖民者进行和平谈判。因此就在接到荷兰人求和的短笺后两个小时后，以“大明招讨大将军国姓”的名义，回复了两封信，一封给荷兰评议会作为回答，另一封写给热兰遮城内的荷兰军官，表明投降将可以保住和带走他们的所有财产，但如负隅顽抗，将马上直接炮击城堡，那时“在火药和炮弹上耗费的巨资”将“要公司（指荷兰东印度公司）用它的财物来赔偿”，“而揆一及其他领袖们和那些自由民，必须将他们的财物给我的士兵们当作战利品，这样由上天来处罚他们的恶行”。就这样郑成功以他超凡的外交才能，向荷兰殖民者表达了威严与善意相兼的态度，显示了留人余地的仁者之风。
感觉到郑成功宽容善意的荷兰殖民者在几天后很快拟定谈判条件，由两名使者送到郑成功行营。郑成功对这些条件的不合理之处进行了驳斥，在回信中再次威严地警告荷兰殖民者不得玩弄手法，如针对荷兰人准备利用小船私下运走财物一事，他写道：“现在再停战一天，即明天。你们的小船也不得再从大船到陆地之间来回航行，”“如果你们的小船不停止航行，我将命令我的戎克船（荷兰人对郑军大帆船的称呼）去逮捕它们。”就这样，荷兰殖民者在郑成功强大的军事压力和机智的外交手段面前，终于俯首臣服，在给与郑成功具体交涉的两位使者的指令中表示完全履行对“国姓爷郑成功”的所有承诺，“将这城堡和公司的现金与货物都交给你（指郑成功）”，并在1月30日确定了双方应达成的决议，共十八条（郑成功方面用中文写成16条），具体条文如下：
一、双方停止敌对行动，从此不记前仇。
二、热兰遮城及城外的工事、大炮及其他武器、粮食、货物、钱币及所有其他物品，凡属于公司的都要交给国姓爷。
三、大米、面粉、葡萄酒、白酒、肉类、油、醋、绳子、帆布、沥青、柏油、船锚、火药、子弹、火绳及其他属被包围者返回巴达维亚途中之生活必需品，由上述长官及评议会装上公司船只。
四、城堡内以及在作战中被带往他处的属于荷兰政府官员之私人动产，在经过国姓爷代表检查之后，允许装上上述船只。
五、除上述物品外，二十八名评议会议员每人准予随身携带二百个（两盾半）银币。此外有二十名已婚的重要公民，准予带走合计一千个（两盾半）银币。
六、荷兰士兵在经过检查之后，可以依照本国习俗，全副武装，高举旗帜，扛着子弹上膛的火枪，击鼓列队上船。
七、所有在台湾之中国债务人及中国租地人名单以及他们所欠的债务，应从公司的账簿中抄出，交给国姓爷。
八、荷兰政府（指在台湾的荷兰总督府）所有档案文件，可以运往巴达维亚。
九、所有公司人员现为国姓爷拘禁在台湾者，应于八日至十日内释放。在中国的（指郑成功的其他占领地）也尽早予以释放。仍在台湾的公司其他人员，也要立刻发给通行证以便搭乘公司的船。
十、国姓爷应将捕获的四艘小艇及其附属设备发还公司。
十一、国姓爷也要安排足够的船只来运送公司人员和物品到公司的船上。
十二、公司人员停留期间，国姓爷属下应以合理的价格按日供应蔬菜、肉类以及其他维持日常生活之物品。
十三、在公司人员未上船前留在此地期间，除非为公司的工作需要，国姓爷属下士兵与臣民，一律不得进入城堡，不得越过工事网之篮堡，亦不得进至由国姓爷下令所立的界限。
十四、在公司所属人员全部撤离城堡之前，城堡上只能悬挂白旗。
十五、公司仓库监督官在其他人员与物品都上船之后，将留在城堡内二至三天，然后才和人质一起被带去上船。
十六、本条约一经签字、盖章、宣誓后，双主各依本国习俗，国姓爷派官员Ongkun及幕僚Punpuaw Jamosie到荷兰船上，公司将派政府副长官Joan Oetgens van Waveren及评议会议员David Harthouwer到国姓爷处，作为人质，他们将各自留在上述两个地方，直到一切按照条约规定确实履行完毕。
十七、双方交换俘虏。
十八、本条约如有发生疑义或有重要未尽事项，将由双方基于共识立即加以修正。
1662年2月1日即永历十五年十二月三日这一天，双方在上述条约上签字，荷兰殖民者在事实上宣告投降。2月9日，两天来的强风已渐渐平息，海上旭日发出淡淡的微光。荷兰武装士兵500余人列队走出城堡，向停靠在岸边的他们称作的戎克船走去。
此时这些荷兰士兵如果回头的话，可以看见郑成功率领几位盔甲闪亮的亲军士卒，从已经毁坏的乌特勒支堡策马驰来，进入热兰遮堡，去迎接这个历史性的时刻。不久，成队的郑军将士威武地开进城堡，沦陷38年之久的宝岛台湾从此回到祖国的怀抱。
郑成功面对疲惫不堪但仍充满斗志的将士，无限感怀，低声吟咏出数日前写下的雄浑诗篇《复台》：“开辟荆榛逐荷夷，十年始克复先基。田横尚有三千客，茹苦间关不忍离。”感叹眼前追随自己赴台东征的数万将士，虽历经战火、瘟疫、饥饿的煎熬，仍坚定跟从、不离不弃的高尚情怀。
郑成功收复台湾，结束了荷兰殖民者对台湾人民的压迫与奴役，为祖国开疆拓土，遏制了西方列强对中国乃至整个东亚地区的扩张，不但是中国的民族英雄，也堪称东方世界的英雄。台湾近代著名史学家连横赋诗赞道：“殖民略地日观兵，夹板威风撼四溟（指荷兰殖民者夹板战船号称海上霸主）。莫道东方男子少，赤嵌城下拜延平（郑成功受封永历朝封延平王）。”这首七言诗代表了中华儿女对英雄郑成功奋勇击败被欧洲人称为“海上马车夫”的荷兰舰队的无比钦佩。
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