由陈明遇继任江阴典史之职。
当陈明遇派人找到阎应元时，阎应元爽快地说：“如果你们听我的安排，我就同意。”众人皆表示会唯命是从。于是，阎应元率家丁40人，在闻讯赶来相助的几千名乡兵的帮助下，杀进孤城江阴。从此，他再也没有离开过这座几十天后将陷入血泊与绝望的孤城。
作为江阴抗清义军总指挥，阎应元不负众望地显露出了他卓越的领导才能和军事谋略。阎应元挑选年轻力壮的士民和原有的民军，重新进行整编，命武举人王公略守东门，把总汪某守南门，陈明遇守西门，他自己守北门。此外，他还和陈明遇总督四门，昼夜巡守。城外的乡兵和城内的民军加在一起，数量有20万之多，阎应元令分保防守。城门用大木塞阻断，每人守一城垛，如战，则两人守卫，定期轮换休息。每10人为一小组，给小旗一面;百人为一大组，给大旗一面、红夷炮一座。接近城楼的街道上，分设供应守城军队饭食饮水的后勤点。
由于事发仓促，江阴城中箭矢存量较少，一时间要大批量制造，有临渴掘井之窘。阎应元于是命民军束草为人，外披兵服，每个草人手里执一竹竿，上面挑一盏昏黄的灯笼。制成之后，在月黑风高之夜，下令把草人一个个直立在城垛上，士兵们则伏在城垛下大声鼓噪，做出要乘夜出城袭营的架式，围城清军急忙放箭，这些箭都成了城中民军的战利品。
七月十一日，清军的总攻开始了，北门首当其冲。一开始，清军并没有把江阴这座小城放在眼里，这些从关外一路如狂风扫落叶般地席卷了大半个中国的八旗兵，连久经沙场的李自成和明政府的正规军都远不是他们的对手，何况江阴城中那些几乎没有接受过任何军事训练的平民?但清军很快为他们的轻敌付出了惨痛代价。次日，清军继续攻打北门，“死伤无算”。
清军见硬攻不行，便派人劝降。阎应元决定施行诈降计，派几名年岁很高的白发老人手执降旗，从城上缒出，到清军将领薛王营中通报，表示城中愿献银买命，以免杀戮。薛王大喜过望，吩咐大开营门，把木箱抬进帐内。当他和手下将官打开木箱查看时，突然间火发炮裂，薛王及手下两名大将，另加军士两千余人都一命归天。
清军将领刘良佐与阎应元早年有旧，清军企图让刘良
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