明軍為切斷奧軍補給線並牽製其兵力，趙良棟將軍親自率領十多萬大軍圍攻格拉茨城堡的奧軍駐軍。
神聖羅馬帝國方麵，伊格納茲?古萊中將率領第九軍團從薩格勒布北上，試圖為格拉茨守軍提供補給。他的部隊包括克羅地亞輕騎兵和奧地利步兵，總兵力2萬人，而明軍則有數千兵力，分散在格拉茨周邊執行封鎖任務。
古萊的前衛部隊在格拉茨以南的卡爾斯多夫與明軍的第51師博爾濟吉特·沙克沙僧格部遭遇。奧軍輕騎兵憑借地形優勢擊退明軍先頭部隊，隨後在夜間博爾濟吉特·沙克沙僧格派遣51師2團6營1000名明軍突襲格拉茨郊區。明軍迅速占領部分城區，但在聖萊昂哈德教堂附近遭遇奧軍頑強抵抗，雙方在墓地和街巷展開激烈巷戰。明軍通過前後夾擊俘虜300名奧軍，但自身也陷入包圍。
沙克沙僧格誤判形勢，僅派出第3團的兩個營2000增援，導致這支部隊在缺乏炮火和騎兵支援的情況下被奧軍重重包圍。第3團士兵依托教堂和民宅構築臨時工事，以刺刀和步槍擊退奧軍多次衝鋒。奧軍試圖通過縱火焚燒街區逼迫明軍撤退，但第3團憑借頑強意誌守住陣地，甚至在夜間組織突圍未果後，仍堅守至次日下午。
5月26日，沙克沙僧格的第1團於上午抵達格拉茨外圍，其先頭部隊聽到城內槍聲後立即發起攻擊。明軍兩麵夾擊下，奧軍防線崩潰，被迫向東南方向撤退至格納斯。此戰中，第3團以3名軍官、31名士兵陣亡，192人受傷的代價，牽製了數倍於己的奧軍，其軍旗後來被允許刻上“以一當十”的榮譽銘文。
儘管奧軍成功為格拉茨城堡守軍提供了補給，但明軍最終控製了城市外圍。古萊軍團在撤退中損失約2000人，而明軍傷亡700人。此役暴露了明軍指揮官沙克沙僧格的戰術失誤——分散兵力導致局部被動。
戰後，趙良棟將戰報上報給了在聖彼得堡的朱由校，並將沙克沙僧格進行了暫停軍職的處分。
明軍控製外圍後的第三日黎明，晨霧尚未散儘，趙良棟便在城堡西側的聖卡塔琳娜高地架設起百門120毫米野戰炮。這是從莫斯科軍工廠新下線的重型火炮被騾馬拖拽著翻越碎石坡，炮口直指城堡的中世紀石牆——那是15世紀哈布斯堡王朝留下的防禦傑作，牆厚達3.5米，四角的圓形塔樓如同巨獸的獠牙般俯瞰著平原。
“正午前撕開缺口！”趙良棟的命令隨著晨風吹過炮兵陣地。上午九時，第一發榴彈擊中主塔樓的垛口，炸開的碎石如同白色飛鳥般騰空而起。奧軍守將施特勞賓上校站在北塔了望台，看著明軍炮群在煙霧中閃爍，指甲深深掐進橡木欄杆——城中雖有名士兵，其中半數是補充兵，能操作的火炮隻有十門老式銅炮。
為了加強首都維也納的防禦能力，周圍幾乎所有的城堡中的禦敵重炮都被集中到那裡去了。
炮擊持續了三個小時，西南角的城牆終於在被第500枚炮彈命中後崩塌，露出一個寬約十米的楔形缺口。趙良棟派出了34師林興珠部的第3步兵團，挺著刺刀，在身後師迫擊炮營的火力增援下發起了衝鋒。士兵們踩著發燙的碎石湧入缺口時，迎接他們的是奧軍擲出的陶罐——裡麵裝滿了燃燒的鬆脂，沾到衣服便燃起藍火。
“用刺刀挑開！”明軍上尉趙爾樂嘶吼著劈開一個陶罐，火星濺在他的製服上燒出黑洞。奧軍士兵從缺口兩側的殘垣後探出火槍，在二十步距離內精準射擊，明軍前排士兵如同被割倒的麥子般倒下。眼看不能輕易通過缺口，趙爾樂向後要來了迫擊炮營的火力延伸，進而摧毀了缺口兩側奧軍的陣地。
而後續部隊，在硝煙還未散儘的情況下，便踩著同伴的屍體繼續推進，雙方在缺口處展開刺刀混戰，槍托撞擊頭盔的悶響與瀕死者的喘息交織成一片。
施特勞賓親自帶領預備隊反撲，這位參加過阿斯佩恩戰役的老將揮舞著寶劍砍倒兩名明軍士兵，胸前的鐵十字勳章在陽光下閃著寒光。當他的坐騎被流彈擊中時，他順勢翻滾到斷牆後，繼續用手槍射擊衝上來的明軍士官。
午後三時，明軍憑借著火力上的優勢，終於完全控製城牆缺口，開始向城堡內部滲透。通往主堡的石板路上，奧軍點燃了裝滿油脂的木桶，火焰高達數米。克羅地亞輕騎兵從側巷衝出，馬刀劈砍的聲音讓明軍步兵不得不結成方陣防禦。
在城堡的軍械庫，三十名奧軍傷兵用步槍和工兵鏟構築了臨時防線。主攻的明軍第34師2團的士兵破門而入時，遭遇了意想不到的抵抗——傷兵們拉響了存放的火藥桶，轟然巨響後，整座建築塌為廢墟，連同攻入的兩個排明軍一同被埋在瓦礫之下。這個場景後來被趙良棟寫入戰報，稱之為“蠻子式的英勇”。
傍晚時分，施特勞賓在東塔樓清點剩餘兵力，發現能戰鬥的士兵已不足三千人，彈藥幾乎耗儘。明軍的榴彈擊穿了塔樓穹頂，碎石砸在他腳邊時，他看到西南方的主堡已經升起明軍軍旗。一名渾身是血的傳令兵爬進來報告：“上校，最後的防禦陣地……失守了。”
施特勞賓摘下佩劍，看著劍柄上的家族紋章，沉默片刻後對副官說：“升起白旗吧。但告訴明國人，我們不是投降，隻是耗儘了最後一顆子彈。”
當明軍士兵進入東塔樓時，看到的是這樣一幅景象：奧軍士兵或坐或臥，多數人纏著滲血的繃帶，沒有人放下武器，隻是用疲憊的眼神注視著勝利者。施特勞賓將佩劍放在石桌上，聲音沙啞地說：“城堡歸你們了，但榮譽屬於奧地利格拉茨兵團。”
此戰明軍付出了2000餘人的傷亡代價，其中軍官陣亡47人；奧軍名守軍僅幸存4569人，卻讓這座堅城抵抗了明人的長槍大炮五天之後才落入敵手。當夜幕降臨時，格拉茨城堡的塔樓仍在燃燒，火光映照著多瑙河上遊的夜空，成為維也納之戰前最後一道慘烈的剪影。
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