后来三娘子主政，对归化城进行了扩建，扩建后的归化城比最初大了四倍有余，而且整体格局也从最初的长方形变成了凸字型。
由于没有瓮城，归化城这样的格局在大明不算什么，以防御能力来说只能是普通。但在草原上就不一样了，随着归化城的建成后，这里就成了土默特最重要的据点，而且草原上的蒙古人虽然能征善战，可却不善于攻城战，拥有这么一座城池，依靠高大的城墙掩护，蒙古骑兵缺乏攻城器械的情况下很难攻破。
卜石兔率军撤回归化城后，把主力放到城内，紧闭城门坚守不出。而他的偏师并没进城，卜石兔也是打老仗的人，他很清楚死守归化不是最好选择，要守城必须城外要有外援，而这么多人挤在归化城里，人多也派不上用处，偏师在城外配合守城，这是最佳的守城方式。
到了归化城，林丹汗查看地形后就清楚要想打破城池难度不小，不过他依旧有这个信心拿下归化城。没有做任何停留，林丹汗就发起了对归化城的进攻，不分昼夜让人打造攻城器具，同时猛攻城池。
面临林丹汗的疯狂进攻，卜石兔带人在归化城坚守，仅仅第一日就打退了林丹汗四次进攻，而他在外的偏师也主动出击为自己减轻防守压力。可林丹汗的兵力比他强大许多，林丹汗早就料到卜石兔的准备了，他分出一部分兵力驱赶卜石兔的偏师，集中力量继续攻城。
短短三日，卜石兔就有些吃不住了，虽说归化城依旧还在他的手里，可林丹汗疯狂的进攻使得双方损失都很大，相比兵力远不足林丹汗的卜石兔根本经不起这样的消耗，再加上林丹汗在攻城同时不仅驱赶了他在城外偏师，还派出精锐骑兵进行围剿，更让卜石兔遭受了极大损失。