城中的守军只剩下不到四百人了，在长期的饥饿下，他们自己战都站不起来了，已经拿不动武器，没有力气同叛军进行作战了。一天，叛军们终于叫喊着登上了城墙。守城的将士眼睁睁地看着叛军，来到自己的身边，可他们已经拿不动手中的武器了。叛军们面对着这些已经无力还手的士卒，用大刀疯狂地对他们进行屠杀，来发泄长期淤积在心中的愤恨。躺在那里的张巡，看着这一切，知道已经无力回天了，他用力拄着宝剑，吃力地立起上身，向着西方跪下，以头触地，留着泪，远远地遥拜着说：“陛下，臣已经尽了自己的全力了，已经无力再战了。我不能再活着来报答陛下了。但我死后，我一定要变成厉鬼，再去与叛军作战，誓将叛军消灭干净。”
叛军将张巡、许远等将领们都抓获了。尹子奇听说抓住了张巡，十分高兴，命令叛军们立即将张巡带来见他，他要看看张巡到底是一个什么样的人。张巡被押到了尹子奇的面前，尹子奇用一只眼久久地注视着张巡，他感到十分的吃惊，就眼前这样一个瘦骨嶙峋的人，怎么会有如此坚强的毅力，竟然会坚守睢阳那么长时间，自己竟然会在他面前一次次失败，他感到有些不可思议。他对张巡说：“我听说，你每次作战时，都将牙齿咬得“咯嘣”响，为什么要这样呢？”张巡用上全部的力气大声说：“我想把所有的叛军都吞没掉，只是我没有这个能力罢了。”尹子奇想看看人们说得是否是真的，就命人用刀将张巡的嘴撬开，自己走过去，仔细向张巡的嘴里看了看，发现张巡的嘴内仅剩三四颗残缺不全的牙齿了。尹子奇深深地吸了一口气，打了个寒颤，他被张巡的英雄气概深深折服了，他忽然产生了一个念头，不想杀死张巡，他要从心理上征服张巡，要张巡投降他。他交人把张巡押下去，对手下的人说出了自己的想法，但他手下的人都反对，他们告诉尹子奇说：“张巡是真正的守节义士，他决不会投降叛变，劝他投降是白费力气。而且，张巡深受士卒和百姓的拥护，在他们心中有很高的威望。如果让他活下去，万一让他逃脱出去，将会后患无穷，又成为我们的大敌。”于是，尹子奇听了，也改变了主意，就将张巡、南霁云等三十六人一块斩首。
张巡临死时，面不改色，意气洋洋，真是视死如归。
张镐听到睢阳危机的消息，就带领部队加快行军，日夜兼程，向睢阳增援。并命令浙东、浙西、淮南、北海诸节度使和谯郡太守闾丘晓也带兵一起前去救援。但闾丘晓一向骄横自大，不听从上面的指挥，更不听从张镐的命令，拒绝发兵支援。等到张镐带兵赶到睢阳时，睢阳城已经被叛军攻陷三天了。张镐派人将闾丘晓强行召来，命令手下的人将他乱棍打死。
张镐带领赶来救援的各路部队，对叛军发起了攻击，经过几天的激战，攻下睢阳城，尹子奇带领残余部队逃跑了。
张巡一开始守睢阳时，手下官兵近七千人，城内百姓有几万人。张巡遇到生人，就询问他的姓名，问过一次他就能记住，以后碰到就不用再询问了。城内的士卒百姓，张巡没有不认识的。在睢阳，张巡带领部队，前后和叛军共作战四百多次，共杀死叛军十二万人。张巡作战行军不依据兵书进行统一布置，而是命令各个将领按照自己的想法进行部署。有人问他这样做的原因，张巡回答说：“现在同叛军作战，叛军有时像云一样聚集在一起，有时又像鸟一样散开，变化不定，没有一定的规律。咫尺之间，阵势就有所不同，很短的时间内，阵势就有所变化，所以要随机应变。随机应变，关键在于时间，战场的形式瞬息万变，如果将领们动不动就去请示询问主将，而自己没有主见，将会失去战机，是没有掌握兵法的精髓。我在指挥作战时，让士卒们知道将军们的意图，将军们知道士兵们的想法，士卒和将军心灵相通，做到像手与五指一样紧密配合。将军和士卒们配合好了，进行各自为战，就可以了。”张巡从起兵以来，军用物资、作战器械，都是从敌人手中夺取的，没有朝廷供给的。每次战斗，情况危急，手下的将军或士卒们有人后退的时候，张巡就站在自己的地方一动不动，对后退的将士们说：“我不离开这个地方，你们回来替我和敌人决战。”将士们听了，没有不回来和敌人死战的，直到最终把敌人打退。张巡以诚待人，对任何人都无所保留隐藏。指挥作战时，能随机应变，计谋众多，以奇制胜。军队纪律严明，赏罚分明，有功必赏，有错必罚，一视同仁，无任何偏心。与士卒同甘共苦。因此，士卒们都很尊敬他，能够为他拚死而战。
后来，朝廷在评价评定叛乱的功臣时，有的大臣提出，张巡在守睢阳时吃人，这样做，不如从睢阳撤出，保全那些人的性命。李翰上书说：“张巡用极少的兵力抗击大批的敌人，以弱制强，保为了江淮大地，等待着陛下大军的到来。张巡的功劳很大。张巡不撤离睢阳的原因，是为了等待大军的到来，粮食吃净了但援军没有到，在没有食物的情况下，为了抗敌，不得已才将老弱病残吃掉，他并不是为了吃人而吃人。如果像那些批评者所说的那样，为了保全那些人，撤离睢阳，那么江淮大地将会有无数的人被叛军屠杀，而且撤出的那些人也未必会保住性命。不要因为张巡的一点小过错就否定他的功绩。让张巡死后还要受到一些人的攻击。”李亨接受了李翰的上书，对张巡进行了表彰。