在这危机关头，已经激战了一场的太史慈率领手下悍不畏死的士兵冲在最前面，凭借塞门刀车的掩护，死死顶住曹军的冲击，没让曹军从北门拥进郯城。太史慈带来的糜家私军一部分人守在城门洞中，剩余人则冲上北门城头纷纷向城外的曹军射箭，阻挡曹军在夜里蚁附攻城。

战斗进行到难分难解的时候，徐盛忽然率领一支部队从东门上赶来增援，大大缓解了守军的压力，曹军见无机可乘，终于退去。

曹军退去之后，气力早已透支的太史慈昏厥过去，被几个从冀州带来的心腹赶紧抢进刘备走后空置出来的营帐内，北门的防守指挥权于是由曹豹的堂兄曹宏暂时代理。

西门上只是进行佯攻的曹军，在北门部队撤出战斗之后不久，便偃旗息鼓地退走，糜芳这才知道是虚惊一场。

接下来，郯城内部势力进行大洗牌，糜家因为在守城作战中立下大功，是以彻底占据了主导地位，刘备和广陵陈氏的势力彻底退出郯城，曹豹和曹宏两兄弟明争暗斗，与张闿一起依附在郯城之内，愿意接受糜竺的调遣。

刘备带着青州的老底子和陈氏私兵从郯城撤走之后，进入彭城境内，原本想趁着曹操攻打郯城的空档在彭城招兵买马壮大队伍，结果没几天曹军先锋曹仁竟然率领一支大军紧跟着来了彭城。刘备无奈，赶紧又带着队伍向西跑路，一口气流窜到了靠近汝南的山桑。

曹操见追击的部队久攻郯城不下，军心士气已显不稳迹象，因此果断撤回沂水西安，先是与臧霸的部队在缯山以南三十里处发生一场激战，紧接着又追击臧霸的部队到即丘附近，这才命令曹仁率领一万五千人南下彭城和下邳进行劫掠，以此鼓舞军心士气，减轻郯城挫败的影响。经过连番大战，曹操的兵力由当初进入徐州时的五万之数减少到三万出头，对于留守郯城的近两万部队而言，威胁已经没有那么严重。

臧霸率军撤至即丘不久，获悉琅琊相萧建带领三千私兵造反，在阳都自立为王，于是急忙率军撤回开阳，接着派出手下孙观和尹礼带领一万部队前往阳都讨伐萧建。

开战之前，臧霸与糜竺便有约定，今后琅琊郡的军政大权实际交由臧霸掌控，阳都位于开阳以北一百里，若是任凭萧建坐大，将会直接威胁到臧霸在琅琊的统治，因此臧霸听说萧建造反之后，再也顾不得郯城这边的战事。

曹仁率领部队进入彭城之后，为了发泄郯城失利的愤怒，因此做出了不少残暴不仁的事情，郯城和下邳百姓有两成直接或者间接地死于曹军的践踏之下，有三成青壮被曹军俘虏充当脚夫，还有三成逃向广陵和扬州，剩余两成的老弱妇孺残留在破败不堪的战后之地，显得十分凄惨萧条。

徐州之战一直持续了半年之久，曹军在郯城周边四处劫掠，弥补战争初期造成的损失，加之笮融、萧建之流的造反作乱，整个徐州有超过七成的郡县被裹入战争的泥潭之中，陶谦省钱辛苦经营七年带来的徐州安定繁荣由此付诸东流，徐州百姓陷入到无边的苦难和朝不保夕的黑暗之中。

到了这年九月，曹军元气恢复，曹操本欲再战郯城，忽然接到昌邑方向传来的急报，却是陈留太守张邈和从事陈宫联合了郡中一些反对曹操的世家大族一起造反，搅乱了兖州的局面。陈留西临洛阳，乃兖州出入两京的必经之地，曹操绝对不容陈留郡有失，因此急忙率领兵马返回兖州平复叛乱。

曹军撤去，徐州暂时转危为安。九月中旬，原冀州牧卢植手持朝廷颁发的徐州牧印信，从青州绕道进入徐州，正式向外宣布接管徐州。

消息传出之后，徐州百姓个个翘首期盼，渴望一睹卢植容貌的百姓塞满了道路，成为后来的一件美谈。

卢植进入徐州琅琊境内时，萧建势力已被臧霸的手下解决，卢植于是做个顺水人情，任命臧霸为琅琊太守，废除琅琊国的设置，由国变为郡。臧霸为了向卢植示好，派出一队兵马亲自接应护送，直到将卢植送到郯城附近。

在防守郯城时右臂受伤的太史慈，被糜竺请来的神医华佗精心治疗，完全恢复了筋骨力量。等到卢植到来时，太史慈已经可以率军出城相迎。

刚刚返回昌邑的曹操，得知卢植入主徐州，气得半天没有说出话来，到了最后只冒出一句“刘世仁好大的野心！”