План был прост: нужно поднять перед стенами террасы и установить там огромные орудия. Следовательно, все началось с гигантских работ по сооружению террас, чтобы установить и закрепить платформу. Для этого подходил любой материал, особенно камни и балки Длинных стен (соединявших Афины и Пирей), которые из-за ветхости разрушились, — их Сулла приказал снести. Но по мере того как внешний уровень земли повысился, Архелай приказал установить опирающиеся прямо на стены деревянные башни, на которых он расположил большое число оборонительных орудий.
И в то время как с той и другой стороны возводились сооружения для атаки и защиты, постоянно шли сражения, спровоцированные вылазками варваров или попытками штурма. Благодаря двум рабам, находившимся в Пирее и извещавшим его в посланиях, написанных на снарядах пращи, Сулла смог разрушить многие попытки Архелая помешать его осадным работам. Используя свой источник информации, ему удалось превратить в победу вражескую вылазку, которая могла бы дорого стоить: многочисленная азиатская пехота должна была атаковать солдат, занятых на осадных работах, в то время как конница попыталась бы захватить в клещи основную часть римской армии. Римляне были подготовлены, а азиаты потрясены, понеся большие потери в ходе операции.
Поражение вынудило Архелая к большей осторожности: он вооружил даже своих гребцов и попросил подкрепления (хотя его войска уже были более многочисленны, чем войска римлян), и в ожидании его прибытия осмеливался на небольшие вылазки, призванные мешать осадным приготовлениям. Когда, наконец, Дромихет привел ему морем новую армию, он приказал всем своим войскам выйти, чтобы начать сражение: пехотинцев он разместил вдоль стены, чтобы помешать любой попытке с этой стороны, и добавил к ним лучников и метателей из пращи, чтобы превратить эту оборонительную гвардию в наступательную в случае, если бы противник выдвинул фланг; затем он поставил за стенами в непосредственной близости от ворот солдат, вооруженных факелами, с задачей поджечь осадные башни, как только они станут доступны.
Сражение было ожесточенным и долгое время безрезультатным; варвары сдались первыми. Они начали разбегаться. Личное вмешательство Архелая помогло собрать беглецов и вновь направить в бой. Поддались римляне, и потребовалась вся решительность легата Суллы Луция Лициния Мурены чтобы заставить войска выстоять, когда они уже чувствовали себя погибшими. Оптимальное решение было достигнуто солдатами, которых Сулла очень сурово наказал за трусость. Солдаты, обесчещенные на глазах у своих товарищей, теперь были заняты на тяжелых вспомогательных работах. В этот день они возвращались с работ по деревянным сооружениям; используя представившийся им случай реабилитировать себя, они спешно вооружились и атаковали противника. Равновесие сил сразу же оказалось изменено, и варвары быстро отступили внутрь стен, несмотря на усилия Архелая вернуть их на поле брани. Сам он пытался сопротивляться до последнего момента, пока не пришлось бросать ему веревку, чтобы втащить в Пирей, ворота которого были уже закрыты; те, кто обеспечивал его защиту, были убиты римлянами.
Несомненно, для римлян победа имела значение скорее психологическое, нежели стратегическое: несмотря на потери, армия Архелая оставалась значительно превосходящей по численности и сражение не представило случая ослабить сопротивление. Зато Архелай и его люди поняли, что для победы над римлянами недостаточно многочисленности; со своей стороны, римляне обрели уверенность, справившись с противником. Сулла сумел извлечь всю выгоду из сражений этого дня, раздавая награды и знаки отличия: особенно он поднял позорящие санкции, применяемые к солдатам, введение которых стало решающим. С приближением зимы проконсул приказал разместить основной лагерь в Элевсине, следя за тем, чтобы он был защищен от возможных атак конницы: для этого приказал вырыть (несмотря на ежедневное надоедание противника) очень глубокий ров, предназначенный сломить любое усилие атакующих войск.