И действительно, получив сильный щелчок по своему аристократическому носу, Сулла взялся за дело всерьез, по его приказу началось сооружение метательных машин и прочей осадной техники. И когда вся подготовка была завершена, под стенами Пирея вновь появились римские легионы, сжимая его в железное кольцо. Для того чтобы изготовить осадные башни, по приказу Луция Корнелия была вырублена роща Академии, где когда-то преподавал Платон, а для сооружения насыпи он использовал камни из полуразрушенных Длинных стен, остатки которых тянулись от Афин до Пирея. Снабжение римской армии шло из Фив, которые консул сделал своей главной базой и куда мог отступить, в случае неудачи. Между тем Архелай, наблюдая за продвижением римских осадных работ, решил сделать вылазку, разрушить насыпь и отбросить врага от стен. Стратег рассчитывал на эффект неожиданности, но шпионы проконсула успели его предупредить, и Сулла подготовил засаду. Вылазку полководец Митридата вел большими силами — в центре шла тяжелая пехота, а фланги были прикрыты кавалерией, но атака скрытых в засаде легионеров отбросила понтийцев назад. Не сумев уничтожить насыпь и видя, что она неуклонно растет, Архелай послал за подкреплениями на Эвбею и те острова, где он оставил гарнизоны. Стратег понимал, что судьба войны решается в Аттике. Сняв с кораблей гребцов, вооружив их и расставив на стенах, Архелай приготовился встретить страшный римский натиск. Но Сулла почему-то медлил с атакой, и стратег решил ударить первым. Сделав вылазку, понтийцы сожгли осадные навесы вместе с другой техникой, но проконсул был упрям и через 10 дней сумел все восстановить. Тогда Архелай пошел по другому пути и на месте возможной атаки велел соорудить на стене деревянную башню, откуда можно было обстреливать неприятеля.
Между тем в Пирей прибыли подкрепления, посланные Митридатом. Обладая господством на море, царь мог беспрепятственно посылать осажденным войска. Прикинув, что перевес римлян в численности теперь сведен на нет, Архелай решил дать Сулле решающее сражение, и вывел свои войска за стены. Но при построении боевых порядков он отошел от обычного шаблона, а поставил их так, что отряды тяжелой пехоты стояли вперемешку с мобильными войсками — лучниками, пращниками, метателями дротиков. Мало того, свои шеренги он развернул так, что они находились под прикрытием стен, с которых стрелки могли поражать вражескую пехоту, сами оставаясь неуязвимыми. Отряд воинов с факелами встал у ворот, чтобы в случае успеха пойти в атаку и уничтожить вражеские осадные сооружения. Бой разгорелся сразу по всему фронту и шел с переменным успехом. Архелай лично вел бойцов в атаку, и в итоге ему удалось потеснить римлян. Между тем к Сулле подошло подкрепление, вернулся легион, который он перед сражением неосмотрительно отправил на заготовку леса, и теперь уже в наступление перешли легионеры. Бой продолжался еще довольно долго, стратег с отборным отрядом прикрыл отход своих войск в Пирей и, увлекшись рукопашной, оказался отрезан от ворот: своего командующего понтийцы потом затаскивали на стену по веревке. Сражение закончилось для обеих сторон безрезультатно, поставленных целей никто не достиг, и стало очевидно, что осада затянется надолго. Историк Аппиан потери армии Митридата определяет в 2000 человек, а вот о римских потерях скромно умалчивает, но уж лучше так, чем приводить разные смешные цифры, как это делали его предшественники.
Осада затянулась, наступила зима, и Сулла свою ставку перенес в Элевсин — город на западе Аттики, в 22 км от современных Афин. Желая обезопасить свои войска от рейдов понтийской кавалерии, которые немало ему досаждали, проконсул велел копать своим легионерам ров от возвышенности к морю, он надеялся этим лишить вражеских кавалеристов свободы маневра. Но работа не задалась, так как Архелай ввел в бой свои легковооруженные войска, и римляне теперь постоянно подвергались атакам, теряя людей под градом метательных снарядов и стрел. Однако ситуация для понтийцев осложнялась тем, что в осажденных Афинах начался голод, а продовольствие им требовалось доставить любой ценой — и Архелай решил попытать счастья. Но римские шпионы не дремали, и Луций Корнелий снова все узнал, попытка закончилась разгромом отряда, который нес хлебный запас в город. Но на этом неудачи понтийцев не закончились, поскольку в районе Халкиды потерпел поражение отряд Неоптолема, и все это в совокупности подвигло Суллу к решительным действиям: он спланировал ночную атаку на Пирей.
Незаметно подойдя к стенам, легионеры стремительно ринулись наверх и буквально смели с укреплений вражеских солдат, казалось, успех им обеспечен. Но мощная контратака тяжелой пехоты Архелая разрушила все римские надежды — зарубив командира отряда, они сбросили римлян со стен, и мало того — ворота Пирея распахнулись, и понтийские гоплиты атаковали римские позиции, стараясь сжечь и разрушить осадную технику. Ночная вылазка, которую хотел осуществить римский командующий, неожиданно переросла в полномасштабное сражение, которое продолжалось остаток ночи и весь следующий день, легионеры отражали натиск войск Митридата, а в итоге понтийцы снова отступили за стены. Теперь борьба перешла в позиционную стадию, и Архелай распорядился напротив осадной башни римлян соорудить свою и затащить на нее катапульты: противники принялись отчаянно бомбардировать позиции друг друга. Несколько дней римляне и понтийцы громили ядрами и камнями вражеские войска, а потом, сооруженная по приказу Архелая башня треснула и медленно начала заваливаться на бок — от греха подальше стратег распорядился снять с нее баллисты и убрать стрелков, а затем и вовсе разобрать.
Но военачальник Митридата испытывал все большую тревогу за Афины — положение с продовольствием там стало критическим, а потому он решил еще раз попробовать доставить в город съестные припасы. Если бы Длинные стены, которые были построены при Фемистокле специально для того, чтобы город беспрепятственно получал продовольствие из Пирея, были в том состоянии, в котором они находились во времена Перикла, Афины никогда не испытали бы голода. Но к этому времени они были практически разрушены и не имели абсолютно никакого военного значения, потому Сулла и разбирал их на камни. От Афин до порта — около 10 км, но их предстояло пройти по местности, где в любую минуту можно было подвергнуться атаке римлян. Архелай подозревал, что римские шпионы непременно донесут об этом Сулле, но выхода у него не было, и он был просто вынужден повторить попытку прорыва. Однако хитроумный стратег подготовил своему римскому оппоненту неприятный сюрприз, если консул действительно атакует отряд с продовольствием, то он, в свою очередь, атакует римские позиции и постарается уничтожить осадные сооружения. У ворот Пирея встал отряд тяжелой пехоты, а также легковооруженные воины с факелами, чтобы, как только римский полководец отвлечется, начать атаку. И едва Архелаю донесли, что отряд, шедший в Афины, атакован, как распахнулись ворота и понтийские гоплиты бросились на вражеские позиции. Дым от горящих осадных машин стал затягивать чистое небо Аттики, и римский консул понял, что не все у него идет гладко и по плану. Таким образом, каждый из полководцев достиг своей цели — Сулла опять помешал доставке продовольствия в осажденный город, а Архелай уничтожил осадные сооружения римлян — в итоге битва за Пирей зашла в тупик.
Поэтому на какое-то время все свои усилия консул направил против Афин, окружив город множеством небольших укреплений, чтобы и мышь оттуда не выскочила, и тем самым еще сильнее затянув удавку на шее героических граждан, не желавших сдаваться врагам Эллады и продолжавших неравную борьбу. Мало того, вскоре все эти укрепления были обведены глубоким рвом, и Афины оказались окончательно изолированы от окружающего мира. О том, что творилось в осажденном городе, остались красноречивые свидетельства Аппиана и Плутарха, которые нарисовали страшную картину этой осады. Плутарх пишет, что «медимн пшеницы стоил тогда в Афинах тысячу драхм, а люди питались девичьей ромашкой, росшей вокруг акрополя, варили сандалии и лекифы» (кожаные сосуды).
