夔州大捷的捷报传至太原时，林越正与内阁大臣商议江南财赋调度，览毕奏疏当即拍案：“李定国不愧朕之虎将，首战便打开入川门户！传旨贺人龙，率主力星夜兼程与定国会师，务必一举拿下重庆，犁庭扫穴！”
旨意八百里加急传往陕西，贺人龙不敢耽搁，即刻点齐2.5万新军与1.2万地方团练，兵分三路沿秦蜀古道南下。新军将士清一色配备线膛枪与制式军刀，随行的15门轻量化红衣大炮由骡马拖拽，炮身铸有“大明军工局制”字样，乃是徐光启改良冶铁技术后批量打造的新式武器，射程较旧炮提升两成，装填速度更快。地方团练则手持改良火绳枪与长矛，虽战力稍逊，却胜在熟悉山地地形，负责开路与后勤保障。
半月后，明军主力抵达夔州城外，李定国率部出城十里相迎。两支大军会师后，兵力合计达4.2万人，旌旗蔽日，鼓声震天。贺人龙召集众将议事，帐内悬挂着一幅详细的川东地形图，李定国指着重庆方向道：“据降兵供述，重庆守将刘廷举拥兵3万，加固了四面城墙，挖掘深壕三丈，城外还设有鹿角与拒马。其主力部署在北门与东门，西门防守相对薄弱，且城内百姓对张献忠苛政早已怨声载道，正是可乘之机。”
贺人龙颔首，手指沿长江水道划过：“重庆依江而建，东门与南门紧邻长江，我军可兵分水陆两路，形成合围之势。陆路由我统领，主攻北门，吸引敌军主力；水路由定国率领，乘坐改良战船沿长江逆流而上，专攻东门与南门。15门红衣大炮分拨水陆，陆路10门，水路5门，形成交叉火力，先摧毁其城防工事！”
计策既定，明军即刻行动。陆路军沿长江北岸推进，沿途拔除大西军设立的数个据点，于三日后抵达重庆北门之外，在距城墙三里处扎营。贺人龙下令士兵挖掘壕沟，构建防御工事，将10门红衣大炮架设于土台之上，炮口直指北门城楼。
与此同时，李定国率领水路军抵达夔州码头，早已集结于此的50艘改良战船整装待发。这些战船皆是江南工坊局参照西洋战船图纸改造而成，船身加宽加固，船舷设有炮窗，每艘战船配备1门红衣大炮与10门佛郎机炮，船尾还安装了新式螺旋桨，逆流行驶速度较传统战船提升三成。李定国登船检阅，见将士们各司其职，火炮擦拭得锃亮，满意道：“传令各船，保持阵型，遇敌不慌，抵达重庆江面后，即刻占据有利位置，配合陆路军炮击城防！”
此时的重庆城内，气氛压抑如铁。守将刘廷举站在北门城楼之上，望着城外连绵的明军大营，面色阴沉。他本是张献忠麾下悍将，生性残暴，得知明军合围的消息后，不仅没有安抚百姓，反而下令实行宵禁，强制所有青壮男子登城守城，稍有反抗便当场斩杀。城楼上，大西军士兵手持刀枪，眼神惶恐，而被强征来的百姓则面黄肌瘦，脚步虚浮，不少人私下里怨声载道。
“将军，明军来势汹汹，城外火炮林立，我军恐怕难以抵挡啊！”一名副将小心翼翼地说道。
刘廷举怒喝一声：“慌什么！重庆城固若金汤，又有三万大军驻守，明军想要破城，除非从我尸体上踏过去！传令下去，谁敢再妄言弃城，立斩不赦！”
他随即下令将城内储存的粮食集中管控，优先供应守城士兵，百姓只能领取少量粗粮，饿殍遍野。城中乡绅早已对张献忠的统治恨之入骨，见刘廷举如此倒行逆施，更是暗中联络。其实，早在明军入川之前，林越便已派遣间谍潜入重庆，联络被张献忠压迫的乡绅与原明军降将。大西军副将吴之茂便是其中之一，他本是明朝参将，张献忠攻破重庆时被迫投降，心中一直存有归明之心。
明军抵达重庆城外的当晚，吴之茂便派心腹趁着夜色，悄悄溜出西门，前往明军大营求见贺人龙。贺人龙听闻吴之茂愿意倒戈，大喜过望，当即承诺：“只要吴将军按约定打开西门，事成之后，朝廷不仅既往不咎，还将保留你的官职，赏赐白银千两！”
心腹带回贺人龙的承诺，吴之茂心中大定，暗中联络了几名同样不愿为张献忠效力的将领，约定在明军攻城最激烈之时，打开西门，接应明军入城。
次日清晨，明军发起总攻。贺人龙一声令下，陆路军的10门红衣大炮同时开火，轰鸣声震耳欲聋，炮弹呼啸着飞向北门城墙。大西军的10门老式红衣大炮也随即还击，但射程与威力远不及明军新式火炮，炮弹大多落在明军大营之外，未能造成有效杀伤。
明军火炮连续轰击三日，北门城墙被炸开三个丈余宽的缺口，城楼上的大西军士兵死伤惨重，惨叫声不绝于耳。刘廷举亲自督战，斩杀了数名退缩的士兵，却依旧难以阻止军心涣散。
第三日午后，贺人龙见城防已被摧毁，下令陆路军架云梯攻城。新军士兵分成三队，一队手持盾牌掩护，二队架起云梯攀爬，三队则以三排轮射战术，压制城头守军。大西军士兵虽拼死抵抗，但在明军密集的火力下，纷纷倒毙，城墙缺口处很快便被明军占据。
与此同时，李定国率领的水路军也抵达重庆江面。50艘战船一字排开，炮口对准东门与南门城墙，随即发起猛烈炮击。江面之上，炮火连天，水柱冲天而起，东门城墙很快便被轰开缺口。李定国下令战船靠近江岸，士兵们放下跳板，手持线膛枪，奋勇登岸，与陆路军形成夹击之势。
东门与北门激战正酣，西门的吴之茂见时机已到，拔剑大喝：“弟兄们，张献忠残暴不仁，大明官军已至，随我打开城门，归顺大明！”
他身边的数百名士兵早已蓄势待发，闻言纷纷响应，跟着吴之茂冲向西门城楼。守门的大西军士兵见状，有的四散奔逃，有的则放下武器，加入倒戈的行列。吴之茂亲手斩断城门闩，沉重的西门缓缓打开，早已等候在城外的明军骑兵见状，立刻策马冲入城内，沿着街道向城中腹地推进。
刘廷举得知西门失守，明军已涌入城内，顿时大惊失色，知道重庆城已守不住。他召集残部，想要从南门突围，却遭到李定国率领的水路军阻拦。双方在南门大街展开激烈巷战，明军凭借线膛枪的优势，逐个肃清顽抗的大西军士兵。刘廷举率领亲信且战且退，好不容易冲出南门，却发现城外早已被明军包围。
李定国亲自率军追击，见刘廷举想要逃跑，大喝一声：“刘廷举，哪里走！”
刘廷举回头望去，见李定国手持长枪，策马而来，心中一慌，挥刀便砍。李定国侧身避开，长枪顺势刺出，正中刘廷举胸膛。刘廷举惨叫一声，从马上跌落，当场气绝身亡。
随着刘廷举战死，重庆城内的大西军士兵失去了指挥，纷纷放下武器投降。至黄昏时分，重庆城彻底被明军收复。
此战，明军斩杀大西军1.5万余人，俘虏8000余人，缴获火绳枪3000余支、红衣大炮8门、粮食5万石，还有大量金银财宝。明军伤亡仅1200余人，其中新军伤亡不足500人。
进城之后，贺人龙立刻下令：“全军将士，严禁烧杀抢掠，违者立斩！即刻开仓放粮，安抚百姓！”
明军士兵严格遵守军令，秋毫无犯。粮仓被打开，百姓们排着长队领取粮食，脸上露出久违的笑容。李定国则张贴《大明新政告示》，承诺废除张献忠时期的苛捐杂税，减免重庆百姓三年赋税，吸引了大量流民归附。
短短数日，重庆城的秩序便恢复如常。商户开门营业，百姓安居乐业，不少青壮年还报名加入明军，为后续进军成都、剿灭张献忠主力增添了兵力。
贺人龙与李定国将重庆大捷的消息传回京城，并上书林越，建议趁胜追击，兵分三路向成都推进，彻底消灭大西军。林越览毕奏疏，龙颜大悦，当即准奏，同时下令江南转运使加急输送粮草与武器，支援入川明军。
重庆的收复，不仅切断了张献忠与江南的联系，更打开了通往成都的门户。明军士气高昂，整装待发，一场决定川西命运的决战，即将在成都平原拉开序幕。