1661年3月1日，郑成功在金门举行隆重的“祭江”誓师仪式。4月21日，郑成功亲率第一楼队乘船自金门科罗湾出发，次日晨占领荷军防守力量薄弱的澎湖各岛。然后冒着风雨、顶着没有粮食等困难，向鹿耳门港进发。4月30日拂晓，到达鹿耳门港外。当晚，大小船只到齐，荷军“不胜惊骇”，认为“兵自天降”，急忙从海陆两方面组织反击。当敌舰进攻时，郑成功令陈广和陈冲率领60只战船(每只有大炮2门)将敌船包围起来，从四面八方向敌舰攻击。当敌主力战舰赫克托号被击沉，其他敌舰逃跑时，很快又被郑军舰队追上，通过接舷战、肉搏战、火攻战，将一艘敌舰烧毁，而通信船马利亚号则逃往马达维亚。5月1日，荷兰军队在台湾城上观察到北线尾上的郑军戒备不严，立即令贝尔德上尉率领240名士兵袭击。郑军将领陈泽毫不慌张，令3000人正面迎敌，800人迂回敌后，前后夹击，一阵激战，歼敌大部，贝尔德上尉也被击毙，仅少数人死里逃生。荷军阿尔多普上尉率200名士兵乘船渡海为赤嵌楼的荷军解围，很快就被郑成功派出的特种部队“铁人”击溃。
荷军两次反击均遭惨败后，收缩兵力，在固守待援的同时，不但不投降，反而派人劝郑成功撤兵。郑严词拒绝，令部队从水陆两路围攻台湾城。该城周长277丈，高3丈余，共3层，城墙四角外突，视野开阔，设炮数10门，易守难攻。郑成功4月28日下令攻城，久攻不下。
7月5日，巴达维亚当局根据被郑军水师击败后逃到巴达维亚的通讯船报告的情况，命雅科布·考宇为台湾司令官，统率12艘快艇、货船和725名士兵出发，于8月12日到达台湾海面。郑成功得知此情后，采取围点打援的办法，挫败了荷军的救援，俘、击船多艘，考宇逃回巴达维亚。城中荷军援救无望，粮、药缺乏，疾病传染，战死病亡已达1600余人，仅存700余名官兵，士气低落。1662年1月25日，郑成功下令在乌特利支堡南端建起来的炮台上向城内发射炮弹，荷军乱作一团，最后决定：“一致同意并决定立即写信通知国姓爷，我们愿意和他谈判，在优惠条件下交出城堡。”2月1日，荷兰侵略者终于被迫在投降书上签字。至此，沦为荷属殖民地达38年之久的台湾，又重新回到祖国的怀抱。