黄家兄弟没能轻松几天，二月二十七日，梁田陂大战后的第十一天，完成休整的李克用大军包围华州，将黄邺、黄揆困在城中。两位齐朝的亲王一面固守，一面向兄长求救。
长安的大齐皇帝黄巢，见形势越来越不妙，正在做两手准备。他一面派兵三万进驻蓝田，保住东南面这条逃命通道，一面再命尚让为主帅，重整败兵救援华州。李克用闻讯，采取围点打援之策，留少数部队继续包围华州，自己则率主力会同王重荣河中军，挥师西进，迎击来援齐军。三月六日，李克用、王重荣猛击齐军于零口（位于长安之东九十五里，今陕西临潼东北），尚让败军之将难以言勇，再次被气势如虹的李克用打得大败，只能率残兵仓皇逃入长安。李克用乘胜追击，大军进驻东渭桥，并分兵进占渭北。
这时，唐军已经推进到长安近郊，为了给黄巢添堵，李克用采取了类似于今天恐怖主义的作战方式，命康君立、薛志勤两将组织精锐的特种小分队，利用夜晚潜进长安城展开不间断的骚扰性袭击。于是，城中齐军的粮库、军械库时时失火，落单的齐朝官员和士兵频频遭暗杀，全城人心惶惶，不可终日。
三月二十七日，在唐军围城一个月之后，孤立无援的华州被攻克，黄巢的两个弟弟弃城逃走（另一说黄邺被唐军生擒），齐帝国第三次缩小成了长安城邦，而且面临处境远比上两次更加绝望。
四月初，感到大反攻时机已经成熟的唐军京东行营统帅部（此时的事实统帅应是已是杨复光）下令，对长安发起了全面进攻。自然，在这次进攻中打头阵的军队还是李克用和他横扫天下的沙陀军，部份忠武军与河中军也参与进来，配合李克用作战，义成（此时的节度使即前总司令王铎）军和义武（节度使王处存，是李克用的亲家）军随后跟进，连原先那些出工不出力的藩镇，见形势大好，也不愿错过打落水狗和发战争财的良机，纷纷发兵参战。
面对内外交困、强敌压境的恶劣局面，黄巢仍不愿意退出长安，退出这座事实上已经无法防守的危城。为了保住齐朝最后一丝“正统”的象征，黄巢在长安近郊构筑了数条防线，督促齐军拼死抵抗，战况极为激烈。仅在一天之内，唐、齐两军就发生了三次会战，齐军三战三败，城外防线瓦解。
四月五日（也可能是八日或十日，各史书记载不一致），唐军各部集中了一百个都的庞大兵力（按正常编制应为十万人，考虑到太平时军官们倾向于不满编，好吃空饷，战乱时军阀们倾向于超编，以用于争霸，所以唐军参战人数可能超过十万）发动了总攻！
因为后世有被宣传得十分著名的“百团大战”，依同一标准，这里也可以将唐军第二次收复长安的这一系列交战，称作为“百都大战”。
攻城开始，毫无疑问，仍是李克用一如既往地冲锋在前，犹如一柄尖刀，率先突破光泰门（长安禁苑东面北起第二门），攻入了大明宫旁边的皇家禁苑！禁苑，位于长安城之北，范围广大，“东距浐，北枕渭，西包汉长安城，南接都城，东西二十七里，南北二十三里，周一百二十里”，不过其精确范围，今天尚不能确定，还有待考古学家们的研究，但是可以肯定的是：如果伪帝黄巢的耳力没有问题的话，他应该已经能够听见东边沙陀军疯狂的喊杀声了！看来李克用攻城，也是利用了唐大明宫突出于主城外的特点，试图来一次后世美军最爱的斩首行动。
飞矢流箭越过高墙，已经安居深宫近两年，许久未曾上过前线的齐帝黄巢知道危险已迫在眉睫，终于也急红了眼，亲自撸起袖子，指挥齐军布阵于皇家宫阙的琼楼玉宇间，利用每一间殿堂、每一条御道的有利地形，与突入的李克用军展开激烈巷战。但此时的长安，不是两年多前的潼关，他的“御驾亲征”也无法挽回败局了！
这一战从卯时（上午5：00至7：00）激战到申时（下午15：00至17：00），依旧是李克用军的先头军，首先占领望春-宫升阳殿（位于大明宫正东），齐军在禁苑的防御再次溃败。虽然仍是心有不甘，但黄巢也只能重重地叹了口气：长安，我的帝都，终于还是要和你说再见了！
随后，黄巢下令放火焚烧大明宫和周边禁苑，全军撤出长安，向蓝田方向突围。从广明元年十二月初到现在，黄巢占据长安共计两年零四个月。
从两军主要交战情况来看，黄巢在皇宫纵火的主要目的，应该还是利用大火阻挡追兵。当然也不排除这个丧心病狂之徒有着“我得不到的东西，也不留给别人”的恶劣想法。但黄巢虽然是个几乎没有人性的杀人狂魔，但这里还是要公道的说一句：此时可能性不是太大，因为位于长安主城墙内的太极宫、兴庆宫等未受波及，从黄巢逃亡方向推断，他应该要路过兴庆宫。
而冲进城的各路藩镇军队们，也同样军纪败坏，抢掠、奸-淫、烧杀这些传统保留节目，也不厌其烦地一再上演。想想看，一个完好的皇宫有什么用？只供皇帝一人享乐罢了，于我们有何干？于是，为了独乐乐不如众乐乐，为了在抢夺皇宫的珍宝和美女之后毁灭罪证，攻进皇宫的各藩军队也乐于见到大火漫延。没有一支打着大唐旗号的军队来拯救大唐的皇宫，甚至说不定还有人帮忙多添几把火，让它烧得更有效率，美丽的皇家