君士坦丁堡三角形狀的沿海的兩條邊，是任何敵人都難以接近的，普羅蓬提斯海的一邊地勢險要易守難攻，靠近港口的一邊工事堅固。而在兩個水域之間的三角形的底部，也就是陸地的一邊，有雙重城牆和深達100英尺的壕溝作為保護。 根據目擊者法蘭扎的說法，奧斯曼人的主攻方向是這條6英里長的防線。 皇帝在最危險的地方分配兵力和理清指揮關係以後，自己負責外層城牆的守備任務。
圍攻開始的最初幾天，希臘士兵突入壕溝列隊出擊，但是他們立刻發現在兵力的對比上，一個基督徒要抵擋20多個土耳其人，因此在這次大膽的先發制人式的作戰以後，很快就採取審慎的行動，用投擲武器來保護他們的防壁，這種步步為營的做法不應被指責為怯懦的表現。希臘民族的確貪生怕死而且行事猥賤，最後的君士坦丁卻無愧於英雄的稱呼，出身高貴的志願軍隊伍受到羅馬武德的鼓舞，就連外國的協防軍都有西部騎士的風範。不斷投射的標槍和箭雨伴著前膛槍和火炮的硝煙、巨響和火焰，他們使用的小型武器同時發射，可以打出5發甚至10發核桃大小的鉛彈，根據雙方隊列接近的程度和火藥的威力，一發子彈可以穿透幾層胸甲和軀體。土耳其人的進攻很快就被逼入壕溝之中，或是用屍體當作掩護。戰爭持續著，每天都能使基督徒增加實戰的經驗，只是儲量不足的火藥，卻在每天的作戰行動中逐漸消耗殆盡。希臘人的火器在口徑和數量上都處於劣勢，即使他們擁有一些重型火炮，也不敢放置在城牆上面，唯恐古老的結構經不起爆炸的震撼發生倒塌。這一足以致命的秘密早已被穆斯林知曉，他們拿出宗教狂熱、金錢財富和專制制度更為優越的力量加以利用。穆罕默德這門巨大的火炮或許已經有人特別注意到了，這是那個時代重要而具體的題材，可以記載在史冊上面。這個龐然大物的左右兩側，還有兩門威力幾乎與它相等的大口徑火炮。 土耳其的炮兵火力排成一線對準城牆，14個炮兵陣地同時向著最易進攻的位置發起轟擊。根據一個含糊不清的報道，有一個地點集中了130門炮，或是發射出130發炮彈。然而，這位蘇丹所掌握的權勢和展開的行動，讓我們感覺到新科學已開始進入幼年期。當時有位大師已經計算出來，這門大炮每天只能裝葯和發射7次。 過熱的金屬發生不幸的爆炸，幾名工作人員被炸死，有位高明的工匠值得欽佩，想到在每次發射以後把油灌進炮口，可以防止發生意外和危險的事件。
最初幾次漫無目標的發射只能產生響聲，而沒有實際效果，在一名基督徒的建議之下，教導操作人員要將炮口瞄準堡壘突出凸角的兩側。雖然還是不夠理想，但重複發射的火炮已在城牆上面留下了無數的彈痕。土耳其人推進到壕溝的邊緣，想要填平這巨大的裂隙，開闢出攻城的通路。 不計其數的柴束、木桶和樹枝，交互混雜地堆積起來；亂成一團的烏合之眾行動毫無章法，走在前面或體力衰弱的人就被擠得一頭栽下深壕，很快被拋下的雜物所埋葬。對圍攻部隊來說，填平壕溝是件艱苦的工作，而被圍人員清除這些廢棄物倒是很安全。經過一場歷時長久的血戰之後，白天辛苦織成的羅網在夜間被拆除得乾乾淨淨。穆罕默德二世想到第二種進攻方法，那就是挖坑道，但是這裡的土質全是岩石，每次的企圖都被基督徒工程人員所阻絕或破壞。那種在地下坑道塞進很多火藥，可以把整座塔樓或城市轟上天的技術，當時還沒有發明出來。 君士坦丁堡的圍攻作戰有一個非常顯著的特點，就是古代和現代炮兵技術的再度結合。火炮與拋擲石塊和標槍的投射裝置混雜在一起，發射的炮彈和攻城錘對準同一處城牆。火藥的發明並沒有取代希臘火的運用，這種液體產生的火焰很難撲滅。
體積碩大的木製塔樓被安裝在輪子上推著前進，這個可以移動的裝滿彈藥和柴火的軍火庫，外麵包上三層牛皮以資保護，上面開著射孔可以很安全地發射成片的子彈和箭矢，在前面裝上三扇門，方便士兵和工匠的出擊和撤退之用。他們可以走樓梯到上層平台，裝著與平台同高的雲梯，使用滑輪架起一座弔橋直通對方的防壁，並且用鉤爪緊緊抓住。各種不同的攻城技術和方法給希臘人帶來極大的困擾，有些最新的發明產生的危害最大。聖羅馬努斯門的塔樓最後還是被敵人摧毀，經過一番惡鬥之後，土耳其人從打開的缺口被趕了出去，黑夜使他們的行動受到妨害，但他們堅信天亮以後生力軍會再次發起攻擊，可以獲得決定性的勝利。戰鬥暫停時，土耳其人眼看破城的希望就在眼前，皇帝和查士丁尼採取積極的行動，每一分鐘都用來改善現況，整夜留在這個重要的據點，不斷督導修復保護教會和城市安全的工事。等到天亮以後，急著要發起攻擊的蘇丹看到他的木製塔樓已經被燒成灰燼，感到極為驚訝而悲傷，壕溝清理完畢恢複原狀，聖羅馬努斯的塔樓又像從前那樣堅固和完整。他為計畫的失敗而哀嘆不已，口中發出瀆神的喊叫，就是3.7萬個先知的話也無法讓他相信，這些背棄真主的人竟然能在很短的時間之內完成這麼繁重的工作。