登陆成功、连战皆捷的郑成功，开始实施攻占赤坎城计划，派出“右武卫”周全斌、“中卫镇”萧拱辰、“宣毅后镇”吴豪等部负责此事。
荷兰人感到胜利无望，寄望通过谈判保住荷兰在台湾的利益，赖在台湾不走。荷兰人很快收到郑成功的回信：“然台湾者，中国之土地，久为贵国所据，今吾既来索还，该土地自当归我。”并且表示，如果愿意投降，则生命财产安全将受到保障；否则，到那时必土崩瓦解，玉石俱焚，悔之晚矣！郑成功的信明确表示，荷兰殖民者只有投降一条路。
荷兰人继续玩弄花招，图谋赖在台湾。5月3日，荷兰使者秘书韦恩·利普伦和检察官伍德·豪斯威尔，带着通事小彼德尔来到郑成功大营，提出愿意支付一笔赔款给郑成功，但郑成功必须退出台湾；荷兰人可以退出台湾，但必须继续居住大员。郑成功在领土和主权问题上没有做交易，明确坚持要么荷兰人全部撤离台湾，要么武力解决。荷兰殖民当局见谈判没有成果，只得交出已经被围得水泄不通的普罗文查城，以保在台湾的最后一个据点－－热兰遮城。
第二天，即1661年5月4日，描难实丁同意投降。第三天，他带着230名士兵退出普罗文查城。郑成功进驻这位代理司令的府邸，殖民者第二大据点如今回到中国人的手中。
收回普罗文查城后，郑成功的大军开进大员市区。揆一在决定撤出大员市区的同时，下令上尉哈豪维尔拆除装在市区的4座大炮，把市区的所有荷兰人迁往热兰遮城中，同时烧毁工厂、作坊、货栈、粮仓，给中国军队留下一座废墟。事至今日，殖民者还在行凶作恶。
面对殖民者的暴行，郑成功率军突袭哈豪维尔的营地，断荷兰人的退路。荷兰方面在中国军队的进攻之下，数百名荷军和奴仆被杀被伤，哈豪维尔带着残余军队，杀开一条血路逃入热兰遮城，放火焚城计划失败，郑军在民众的欢迎之中，进入大员城。
占领台江、攻占赤坎计划实现后，郑成功开始实施最后一项，即包围热兰遮城。5月25日，郑成功进攻热兰遮城失利，决定采取围而不打战术。荷兰人插翅难逃，只有投降。
台湾作战胜利之时，也迎来了从厦门赶来的后续部队，两军会师，郑军信心大增，民众欢欣鼓舞。
胜利在望的郑成功开始实施长期固守计划，在占领区设立行政管理系统。最高行政机构为承天府，后改为台湾府，府治设在赤坎楼；分为东安、西安、宋南、镇北四坊；由杨朝栋为承天府府尹。北路天兴县，南至新港溪，北至鸡笼，县治设在大目降和新港之间（今新市乡），由庄文烈为知县。南路为万年县，县治设于二赞行（今台南县仁德乡二行村），由祝敬任知县。这是中国人在岛上设立的第一套行政管理机构。
同时，郑成功出于长远考虑，同时出于解决粮草供应和长期包围热兰遮城、把台湾建成军事基地的需要，决定实施“寓兵于农计划”。除了包围热兰遮城的部队外，其余军队奔赴大员南北进行屯垦；同时，也从闽粤沿海地区招募移民，开发土地。郑成功的军事屯垦和移民政策，形成新一波的开发热潮。
荷兰殖民当局在重兵包围下极不稳定，内部并没有忘记争权夺利。此时巴达维亚总裁莫斯契尔听信前台湾舰队指挥官韦德拉恩、前台湾总督费尔堡和卡萨的情报，认为揆一谎报军情，管理不善，任命检察官赫尔曼·克林科接替揆一出任台湾总督。克林科踌躇满志带着两条战舰上任时，见到的是台江四周和大员附近都是中国军队的旗帜，热兰遮城已经被围得水泄不通，如此接任岂不是接替揆一充当替死鬼吗？吓得他根本没有上岸，就绕道日本回巴达维亚去了。投降在即，克林科当然不会充当替死鬼。
揆一终于等到增援部队。8月中旬，东印度公司总裁莫斯契尔根据台江5月海战中逃走、在海上飘泊50余天才回巴达维亚的“玛利亚号”提供的消息，确知台湾已有中国军队登陆，所以立即派出援兵。派出的增援舰队到达台江外海。舰队由“库克肯号”、“克登霍夫号”等12艘战舰、725名士兵组成，雅科布·考乌（Jacob Caeuw）任指挥官，副指挥官是当年镇压郭怀一起义、屠杀中国人的刽子手君士坦丁·诺贝尔。这批侵略者赶来台湾，根本没有把只有木帆船的中国军队放在眼里。
荷军出师不利，刚到台江外海不久，遇到风暴，“约克号”当场沉没，其余舰只开往澎湖避风。过了约20余天，这支舰队在抢光了澎湖岛上民众仅有的粮食、家禽家畜后回到大员，登岸进入热兰遮城。两军会师，准备与郑军决一死战。
休整多日后，9月16日，揆一和考乌决定兵分三路向中国军队进攻，希望一举打退郑军防线。
三路进攻，三路败北。北路军由军舰“库克肯号”率领两艘战舰，直扑鹿耳屿、北线尾，郑成功部将左虎卫镇陈冲迎战。结果“库克肯号”被烧毁，另外两艘战舰被击伤向澎湖方向逃窜。后被澎湖守将陈璋、洪暄擒获，成为郑军的战利品。
台江江面上的战斗也是如此。攻打台江江面上郑军水师的是“克登霍夫号”战舰领头的7艘战舰。迎战的郑成功部将陈泽把自己的指挥船作为诱饵，驶向浅水区，吨位远大于郑军水师船只的“克登霍夫号”求胜心切，不知是计，紧追不放，结果搁浅，被陈泽的副手宣毅前镇副将林进坤身带炸药包攀登上舰将其炸毁。另外三艘当场投降，又成为郑军的战利品。
第三路是大员城。荷兰一艘战舰冲进一鲲鯓附近的海面，与热兰遮城中的荷兰守军合击进攻大员市区，也被包围热兰遮城的郑军所打垮。
等待多日、一直在寻找歼敌战机的郑军，收获甚丰，击沉荷兰两艘大型指挥舰及另外几艘战舰，缴获3艘战舰和俘虏舰长1人、士兵100多人；击毙荷兰舰长1人、尉官2人和士兵128人。收获之大，超过登岛初期的作战。
三路出击失利，荷兰殖民当局的败局已定，再无进攻的实力，内部也开始分裂。12月间，考乌借与福建清军联合攻取厦门为名，率领舰队离去，不久带着2艘逃回巴达维亚，增援行动全部失败。
再度获胜的郑成功，为向荷兰总督揆一施加促降压力，于1662年1月25日组织了进攻热兰遮城的主要外围阵堡——乌特利支堡的战斗。战斗打响后，郑成功指挥30多门大炮连续发射2500余发炮弹，整个城堡变为一片废墟。幸存的7、8个荷兰士兵死不投降，引爆地窖里仅存的4桶炸药自杀，白白放弃了投降求生的希望。
形势对揆一更加不利，外围城堡被攻克后，热兰遮城暴露在郑军的火力威胁之下。为加速敌人的失败，郑成功切断城堡赖以生存的从东南山上流下来的泉水；同时，在乌特利支堡废墟上架起6门火炮，轰击热兰遮城。揆一面临的压力越来越大，距离作出最后决定的时间越来越短。
殖民者当中也有觉悟者。在金厦海岸被陈永华俘获的一位荷兰船长拉迪斯，愿意出面对揆一进行劝降。拉迪斯写给揆一的劝降书，告知了卡乌已经逃走的消息，并称赞郑成功军队是仁义之师，提出只要投降就能确保生命财产安全。随劝降信送给揆一的还有第二封信，这封信是一张只有签名、没有内容的白纸。揆一见到此信，顿时明白空白信的含义。它预示着荷兰人如果拒绝投降，则将是一场无法估量的灾难，揆一觉得作出最后决定的时间到了，中国人已不允许他这个外国总督继续拖下去。
荷兰殖民当局按照内部程序，于1662年1月27日召开“台湾评议会”决定命运。29名成员中只有4人反对议和，25人同意立即投降。
根据台湾评议会的决定，揆一的秘书韦恩·利普伦和检察官伍德·豪斯威尔在会后立即来到郑军大营，交上议和书。9个月前他们二人来谈判时拒绝了郑成功提出的荷兰人必须投降的建议，如今兵临城下他们只有投降。
对于荷兰方面的议和书，郑成功指出，荷兰方面必须明确表明是“献城投降”，必须降下荷兰三色国旗；属于公司的财产如军械、弹药、粮食、物品及一切财产必须交出，属于私人的财产除了巧取豪夺的珍贵文物外可以带走。最后，荷兰人的投降条约是18条，郑成功方面提出的是16条，主要内容一样。此外郑成功还同意了谈判代表的最后一个要求，即要在撤离时“击鼓、鸣金、荷枪、扬旗”。这恐怕已无胜利的的含意，只是失败的纪录，郑成功同意了他们的这一请求。
历史应该记住这一天：1662年2月1日，郑荷双方代表在大员市镇的税务所完成协议的换文。
历史应该记住这一天 ：1662年2月9日，在台江边的沙滩上，战旗飘扬，鼓声阵阵，受降仪式正式举行。热兰遮城铁门打开，揆一带领荷兰官员走出来。揆一向郑成功交出了城堡的钥匙，并献上一把象征权力的西洋宝剑。当天正午，随着阳光下旗杆影子的消失，热兰遮城内降下了已经飘扬了38年的荷兰国旗。殖民统治结束了，中国人第一次把占领自己领土的外国侵略赶出去。
收复台湾的爱国英雄郑成功，在接受荷兰殖民者投降后，喜不胜收，题诗道：
开辟荆棒逐荷夷，
十年始克复先基；
田横尚有三千客，
茹苦闾关不忍离。
郑成功收复台湾，奠定了台湾开发和社会发展的基础；他也成为中华民族的英雄。
孽子阪臣一稚儒，
填膺大义抗强胡，
丰功岂在尊明朔，
确何台湾入版图。
这是爱国英雄张学良将军在90岁参观台南市延平祠时所作的诗，“确何台湾入版图”道出了郑成功功在何处，也说出了中华儿女的共同心声。
