吴纲到了吴国，掌管孙吴朝政的权臣孙綝大喜，派将军全怿、全端、唐咨、王祚等人领兵三万人，与文钦一起去救援诸葛诞；任命诸葛诞为左都护，持符节、大司徒、骠骑将军、青州牧，并封为寿春侯。

六月，甲子（二十五日），魏帝曹髦车驾到达项县，司马昭率诸军二十六万人进驻丘头。让镇南将军王基为行镇东将军，都督扬、豫诸军事，并与安东将军陈骞等人围攻寿春。王基刚到寿春，包围圈还未形成时，文钦、全怿等人从城东北凭借险要的山势，才得以率领军队突入城中。

司马昭命令王基聚拢军队坚守壁垒不与吴军交战。王基屡次要求进攻，恰好吴国的朱异率领三万人进驻安丰，成为文钦的外部接应势力，诏令王基率领诸军转移占据北山。王基对诸将说：“如今包围的营垒已经坚固了，兵马也近于集中，此时只应精心整治守备力量以等待敌人突围逃跑，但是却命令我们转移兵力把守险要之地，使城内敌人得以放纵，如果这样做，即使有聪明之人，也不能很好地处理以后的战事！”于是就坚持有利的做法继续包围寿春，同时又上疏说：“如今与敌人对峙，我们就像山那样岿然不动，如果转移部队依据险要，人心就会动荡不安，对于形势有很大损害。各军都已据守深沟高垒的营盘，众心都已稳定，不可再加以动摇，这是治军的要领。”上奏章之后，回报说同意王基的意见。于是王基等人四面合围，形成里外两层包围圈，深沟高垒的防御工事非常坚固。文钦等人多次出城企图突破包围，都受到迎面还击而逃回。

司马昭又派奋武将军监青州诸军事石苞统领兖州刺史州泰、徐州刺史胡质的轻装精锐士卒作为游动军队，以防备外面的敌兵。州泰在阳渊击败了朱异，朱异逃走，州泰在后面追赶，杀伤了吴兵二千人。

七月，孙綝出动众多兵力驻扎在镬里，又派朱异率将军丁奉、黎斐等五人前去解寿春之围。朱异把辎重粮草留在都陆，进驻黎浆，石苞、州泰又击败了他。太山太守胡烈率奇兵五千人偷袭了都陆，全部焚毁了朱异的物资粮草，朱异率领剩余兵力吃着葛叶，逃归孙綝处；孙綝让朱异再次拼死出战，朱异以士卒缺乏粮食为由，不服从的孙綝命令。孙綝大怒，九月一日，孙綝在镬里杀了朱异，领兵回到建业。孙綝既不能救出诸葛诞，而且又伤亡了大量士卒，还杀戮自己的名将，因此吴人没有不怨恨他的。

司马昭说：“朱异不能到达寿春，不是他的罪过，但吴人却杀了他，这是想以此来安抚寿春的将士而坚定诸葛诞守城的意志，让他仍然盼望着救兵。如今应加强包围，防备他们突围逃跑，而且要想方设法使他们判断失误。”于是到处放风行反间之计，扬言说：“吴国救兵就要到了，魏国的大军缺乏粮食，要分散派遣病弱的士卒到淮北去吃那里的粮食，看形势围攻不会太久了。”

诸葛诞等人更加放宽心任意吃粮，没过多久城中粮食告乏，而外边的救兵仍然未到。将军蒋班、焦彝，都是诸葛诞的心腹主谋之人，此时对诸葛诞说：“朱异等人率众多兵力前来而不能进城，孙綝杀掉朱异而回到江东，表面上是以发救兵为名，内里实际上是要坐等成败。如今应趁众人之心还能稳定，士卒愿意效力，集中力量拼死命攻其一面，尽管不能获全胜，仍有可能保全部队实力，如果空坐这里死守，是没有出路的。”文钦说：“您如今率领十余万士卒来归附于吴国，而我与全端等人都与您共同居于死地，我们的父兄子弟都在江南，即使孙不想来，而主上及其亲戚又怎么肯听他的呢？而且魏国没有一年是没事的，军民都很疲惫，如今他们围守我们一年，内变就将兴起，为什么我们要舍弃这里而想冒着危险侥幸一战呢？蒋班、焦彝仍坚持劝他，文钦十分恼怒。

诸葛诞要杀掉蒋班、焦彝，二人非常害怕，十一月，他们背弃诸葛诞越过城墙来投降。全怿哥哥的儿子全辉、全仪在建业，与家内之人发生争执，就带着母亲率领部曲数十家来投奔魏国。此时全怿与其兄之子全靖以及全端之弟全翩、全缉都领兵在寿春城中，司马昭采用黄门侍郎钟会的计策，秘密地替全辉、全仪写了书信，并让全辉、全仪的亲信之人送入城中告诉全怿等人，说：“吴国朝廷恼怒全怿等人不能击败包围寿春的敌兵，而想要杀尽诸将的家属，因此跑出来归顺魏国。”十二月，全怿等人率领手下兵将数千人开城门出来投降，城中的人十分震恐，不知怎么办好。诏令任命全怿为平东将军，封临湘侯，全端等人的拜官封职各有差等。

甘露三年（258年），文钦对诸葛诞说：“蒋班、焦彝认为我们不能出城而走，全端、全怿又已率众投降，这正是敌人没有防备的时机，可以出城一战了。”诸葛诞和唐咨等人都认为很对，于是就大力准备进攻的器具，连续五六个昼夜进攻南面的包围，想要突破重围而出。包围圈上的魏国诸军站在高处发射石车火箭，迎面烧破敌方的进攻器具，箭石像雨一样泻下，死伤者遍地，流血充满堑沟，诸葛诞等又被迫返回城中。城内的粮食越来越少，出城投降者有数万人之多。文钦想让北方人都出城投降以节省粮食，留下他与吴国人一起坚守，但诸葛诞不同意，从此两人之间互相怨恨。

文钦平时就与诸葛诞有矛盾，只是因为反对司马昭的想法相同而结合，事态紧急了就愈加互相猜疑。文钦进见诸葛诞商量事情，诸葛诞就杀掉了文钦。文钦之子文鸯、文虎领兵在小城中，听到文钦的死讯，就想带兵去为父报仇，但众人不为他们效命，二人随即独自越过城墙逃出来，投降了司马昭。

军吏请求杀了他们，司马昭说：“文钦罪不容诛，他的儿子本来也应该杀掉；但文鸯、文虎因走投无路而归顺，而且城还没攻破，杀了他们就更坚定了城内敌兵的死守之心。”于是赦免了文鸯、文虎，让他们率数百骑兵巡城高呼：“文钦之子尚且不被杀，其余之人有什么可害怕！”又让文鸯、文虎都担任将军，并赐爵关内侯。城内之人闻讯都很高兴，而且人们也日益饥饿困乏。司马昭亲自来到包围圈，见城上持弓者不发箭，就说：“可以进攻了。”于是下令四面进军，同时鼓噪呐喊登上城墙。

二月二十日，魏军攻克寿春城。诸葛诞情急窘迫，单枪匹马率领麾下突击小城想要闯出城，司马胡奋手下的兵士把他杀死，又诛杀其三族。诸葛诞麾下的数百人，都拱手排成队列，却不投降，每杀一人，就问其余的人降不降，而他们的态度终究不变，以至于最后全部杀尽。吴将于诠说：“大丈夫受命于君主，带兵来救人，既不能取胜，又要被敌人俘虏，我决不如此。”于是就脱掉盔甲突入敌人兵阵而战死。唐咨、王祚等人都投降了。俘虏的吴国兵卒有一万多人，缴获的兵器堆得像山一样。

寿春之战后，使司马氏成功铲除拥护魏帝的势力。此后朝廷上很少有实力派支持魏帝，士大夫纷纷拥护司马氏，司马昭成功走向篡位大道。

东晋学者习凿齿认为司马氏能统一天下，此战起了关键作用，评价说：“自是天下畏威怀德矣。君子谓司马大将军於是役也，可谓能以德攻矣。夫建业者异矣，各有所尚，而不能兼并也。故穷武之雄毙于不仁，存义之国丧于懦退，今一征而禽三叛，大虏吴众，席卷淮浦，俘馘十万，可谓壮矣。而未及安坐，种惠吴人，结异类之情，宠鸯葬钦，忘畴昔之隙，不咎诞众，使扬土怀愧，功高而人乐其成，业广而敌怀其德，武昭既敷，文算又洽，推是道也，天下其孰能当之哉！”

清朝学者毛宗纲评价此战说：“诸葛恪之进兵于新城，魏无衅之可窥；若孙綝之进兵于寿春，则乘魏之衅而动矣。毌丘俭之讨司马昭，犹惧吴之袭其后；若诸葛诞之讨司马昭，则吴且为之援矣。綝之事易于恪，诞之事易于俭，而迄无成功者，是綝之才不如恪，诞之才亦不如俭也。然吴有不降贼之将，则于诠一人为忠臣；魏有不降贼之兵，则诸葛诞数百人皆义士。君子谓吴之一人，可以愧吴之众人；而诞之数百人，愈以重诞之一人云。”

民国学者卢弼力赞诸葛诞为曹魏政权的殊死一搏，评价此战说：“公休谋定后动，子上至督中外诸军二十六万众临淮讨之，倾全国之力，挟两宫以行，用兵十月之久，侭乃克之。公休力竭智穷，而麾下壮士数百人拱手为列，无一降者，田横得士，何以加兹！”