信后却十分为难，他初来乍到，诸将拥兵自重，不肯从其号令。于是一边安抚诸军，一边回信给李彦仙，劝其放弃陕州，据险自保，待隙而动。但李彦仙在陕州经营许久，不忍就此放弃，于是决定率兵死守陕州。
完颜娄室在中条山大败后，果然怀恨在心，整顿人马后率大将完颜银术可和叛将折可求以十万之军来攻陕州。
其时完颜娄室大军来到陕州城下，分其军为十，以正月旦为始，以一军攻击，一日不下则翼日更遣一军，每一旬则聚十军并攻一日，期以三旬必拔之。
但李彦仙意气如平常，登谯门，大作技乐，潜使人缒城而出，焚其攻具，金兵畏而退却。但陕州如今已是孤城一座，金军攻打日久，城中粮尽，李彦仙便命人将草料中的豆类挑出，煮熟之后分于众人食，而自己则只饮些豆汁。
即使如此，城中可食之物也是很快吃尽，李彦仙告急于张浚，张浚间道以金币使犒其军，又檄令都统制曲端泾原兵来援。但那曲端素来嫉恨李彦仙功劳大过自己，又怪其当初从王庶之意，因此故意拖延，不肯出兵。
闻听此讯，张浚幕官谢升言说道：“敌朝夕下陕，莫以为忧者，殆未知敌意也。敌已得长安，今取陕地，则全据大河，且窥蜀矣。”争论数日后，张浚才下定决心，尽起大军来援。却不料出师至长安，被完颜娄室分兵所阻，不得前进。
李彦仙每日与金兵鏖战，将士未尝解甲。率其属官陈思道、李岳、杜开、王浒、赵叔凭、职官刘效、冯经、将佐卢亨、阎平、赵成、贾何死守陕州城。
完颜娄室爱李彦仙之才，便派使者以河南兵马元帅诱降，却被李彦仙斩来使以示众。于是完颜娄室又命人在城下高呼道：“即降，当富贵。”
李彦仙怒道：“吾宁为宋鬼，安用汝富贵为！”命部将秉义郎宋炎张弓搭箭，一发毙之。为解无粮之危，李彦仙命人设钩索，日钩取金人数十，舂斮于城上，以人肉为食。
这场攻防战，虽然宋金两军杀伤相当，但守陴者伤夷日尽，而金军益兵急攻，宋炎以劲弩数百，发毒矢杀千余人。
随着大战旷日持久，金军亦是粮草不济，最后完颜娄室决心再攻一次，若是不下，便要引兵退去。于是命每队以鼓在前，击鼓一声则进一步，既渡濠池，鼓声渐促，莫不争先，疾声并力齐登，死伤者虽满地而不敢返顾。
州城垂破，裨将邵兴、邵云、吕圆登、杨伯孙自外来援，杀散金兵，突围入城。吕圆登见李彦仙泣道：“陕城围久，不知公安否，今得见
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