荷军其余舰船逃往巴达维亚，郑芝龙也没有派战舰追击。
陆上，荷军的进攻，同样遭到失败，死伤人数众多，此后，荷军再也不敢轻易与明军交战。
台湾城的荷军被围数月，军粮得不到补给，因而士气低落，不愿再战。
十月，揆一为了挽救行将灭亡的命运，派雅科布·考乌率领漂泊在海上的3艘战舰、2只小艇前去攻袭厦门，企图让大明水师撤退。
考乌不是傻子，他知道郑家海军的实力，他这几只小船，去福建只会送死，他心存畏惧，中途转舵驶往暹罗（今泰国），以后又逃回巴达维亚。
于是，荷军的企图完全落空了，士气更加低落，不少士兵力求活命，陆续向明军投降。
郑成功从俘虏中了解到荷军的上述情况后，决定把对荷军的封锁战术转为进攻，在对方从巴达维亚获得救兵之前，向热兰遮城堡的荷军发起猛烈攻击。
为此，明军增建了三座炮台，挖了许多壕沟，以遏制荷军的炮台。
1646年农历一月二十五日清晨，郑成功下令炮轰乌特利支圆堡。
在两个小时内，明军发射炮弹2500发，在该堡南部打开了一个缺口，当天，明军一拥而上，即占领了该堡。
明军居高临下，立即利用此堡改建炮台，向台湾城猛烈轰击。
荷军团守孤城，岌岌可危，揆一在城上督战，看到城防已被突破，手足无措。在这种情况下，郑成功派通事李仲入城劝降。
李仲对揆一说：“此地非尔所有，乃前太师练兵之所。今藩主前来，是复其故土。此处离尔国遥远，安能久乎？藩主动柔远之念，不忍加害，开尔一面：凡仓库不许擅用；其余尔等珍宝珠银私积，悉听载归。如若执迷不悟，明日环山海，悉有油薪磺柴积垒齐攻。船毁城破，悔之莫及。”
荷兰殖民评议会召开紧急会议，讨论形势及对策。台湾城被围已近9个月，荷军死伤1600余人，能参加战斗的士兵仅剩600百余人，且已弹尽粮绝，疾疫流行，形势已完全绝望。评议会认为：“如果继续战斗下去，可怕的命运将降临到每一个人头上，而这样坚持，对公司也没有什么好处。”
揆一走投无路，只得同意由评议会出面同郑成功谈判。经过会谈，揆一“愿罢兵约降，请乞归国”。
不久，荷兰驻台湾长官揆一签字投降。荷军交出了所有城堡、武器、物资，包括伤病员在内的约900名荷兰军民，最后由揆一率领，乘船带领荷兰人撤离台湾。
台湾光复的消息传到京城。对此，明朝的文武百官和老百姓们倒没太多关注，毕竟在他们的认知当中，此时的台湾跟一个荒岛没有多少区别，但吴应熊不一样，他知道台湾值得大明开发，以台湾为海军基地，征服南洋和日本就要容易得多。
荷兰人投降，台湾提前回到中国的怀抱，吴应熊高瞻远瞩，立即让明帝下旨，从福建和江浙一带移民一百万人去开垦台湾，并在台湾实行了类似西北的土地改革，还在台湾驻军五千人，台湾从此成为中国不可分割的领土。
并且，吴应熊兑现了自己的承诺，让明帝封郑芝龙为安南王，还大力褒奖郑成功的战绩，赐他姓朱，外称“国姓爷”。