刘源清兵既至大同,就要搞出动作来。兵驻阳和后,便派人在大同城内张贴告示:“五堡之变,朝廷姑从宽处,乃复稔恶不悛,以戕杀主帅,天讨所宜加者。”见到告示后,曾经参与五堡变乱的士兵们立即慌乱起来,纷纷议论: “这次恐怕还要追究五堡之变的责任了。”此时,大同城内守臣潘仿等已经捉拿参与变乱的兵卒十余人。见此情形,巡抚潘仿等,一面令佥事孙允中押解已经抓获的罪犯送往阳和,一面向明廷奏报,首恶已经抓获,请暂缓进兵。但事出仓皇,奏报中没有列及总制刘源清、提督郤永的姓名,刘源清感觉不快。
孙允中将人犯押解至阳和后,向总督请示:“罪人既得,兵可不血刃也。”请求暂停进兵,可以考虑用其他办法,抓获少数剩余叛乱祸首。孙允中同时还建议:“五堡兵变的事,朝廷已经做过处分,请不要再提起了,以免生乱。”刘源清说:“甲申之役,胡公以兵不临城,致言者纷纷,吾不可更袭前辙。”下令将孙允中送来的囚徒交给御史苏佑审讯,派遣参将赵刚等率士兵三百余人进入大同城内抓捕乱党。潘仿发现赵刚等所捕的士兵,多数是协助官府擒贼有功者,他们是受参与叛乱的士兵们诬陷而被捕。
赵刚的乱抓乱捕,造成了极大地混乱。晚上,镇兵们开始组织起来,拒守城内各个巷口,不放抓捕的人进入。这个时候,刘源清大概还嫌乱的不够,派遣孙允中进入城内传达命令,令大同镇城士兵,明天全部缴械,迎接朝廷派来的大军。这一命令,无疑是给刚刚燃烧起来的干柴上浇了一桶油。 “天兵将要屠城”的传言立刻传到了大同城的大街小巷,城中混乱喧哗不断。晚上,城中再次群起为乱。潘仿命孙允中率诸将抓获并斩首二十多人,才将乱势压下,并责令余众解散。
刘源清认定,已经在事变前被明廷解职的朱振是这次兵变的主谋,下令招朱振来,朱振到达阳和后,立即受到责难,不知是出于畏惧还是想要证明自己的清白,朱振于当晚服毒自杀。朱振这个人,说来也奇怪,竟会两次与大同镇的兵变有缘。朱振原为大同镇总兵,因贪腐遭到弹劾,免去总兵职,并被下狱。不料,朱振入狱期间,大同发生了第一次兵变,乱兵杀死巡抚张文锦,并从狱中将朱振劫出,拥立他为头目。结果,朱振因协助明廷平息大同兵变有功,被免除罪责,并重新任命为大同镇总兵。这一次,朱振再次被乱军拥立,最终竟至服毒自杀。
第二天,刘源清命官军从西、南二路兵围大同城下,沿途斩关杀将,并大肆杀戮和抢掠,城外横尸枕藉。刘源清的行径立刻在大同镇城内引起强烈的反弹。曾经经历过五堡兵变的士兵们,原本期望着这次事变能够尽快解决,现在却失望了。他们确信,明军将要屠城,血洗大同,便一起加入抗拒的队伍里。乱兵们强悍蛮横,已经无法遏制。他们将城门封死,拒绝官军入城。中午,郄永师也到达大同东门外,围困东关。遭到城内开门迎击,死伤数十人。此时,大同巡抚潘仿、佥事孙允中尚在城内,试图阻止乱兵的行动,但已经无济于事。乱兵们说:“城外死尸已经阻塞道路了,还想欺骗我们?你不会是想麻痹我们,然后让官军放手洗城吧?”边说边手操兵器围拢上来。孙允中立即陪笑说:“皇上圣明,不会屠城的,我的老母、妻子也在城内,为什么要欺骗你们呢?”见此情形,一位上了年岁的老兵立即上前阻止:“这次兵祸,其实也连累了佥事,不要杀佥事,免得增加罪名。”
巡抚潘仿与佥事孙允中商量说:“刘源清等贪功,造成激变,必须立即奏明皇上,请朝廷定夺,否则将会酿成更大的灾祸。”于是,就将总制及将士们贪功妄杀,激变镇兵的情况写成奏状,交予五六人,分道走小路送出,上报朝廷。这时,刘源清已经将各路关口封堵,严防大同镇城的奏疏传到明廷。在将大同镇城围拢后,刘源清向明廷上书:“叛军做恶,拒绝王师,抚镇、郎中、佥事等都是首恶,抚臣、关防等也都在叛军中。”请求进一步行动。此时,刘源清到达聚落驿,孙允中从城墙上用绳子缒下,赶赴源清大帐,请求停止攻城,不要妄杀无故。刘源清回答说:“不要因为你的母亲、妻子都在城内,就为乱贼说情,再说,连你也抓起来。”无奈,孙允中只好暂避怀仁。
到此时,双方对峙已成事实,官军攻占大同四关,日夜围困。城内则将前参将黄镇、指挥马升、杨麟等请出,奉为将领。同时,将城门堵死,用水浇灌城墙。此时,已进入农历十一月,水浇到城墙上立即结了一层冰,滑不可攀。刘源清一面围城、攻城,一面向明廷连上奏疏:“城中包括王室在内的所有官员、文人等衣冠之族都已从贼,有负朝廷,是天要灭此城啊!”并请增兵至五万。此时,关于大同镇事态的奏疏,只有刘源清的一面之词。兵部尚书王宪接到奏疏,立即奏明皇上,选调官军一万二千人赶赴大同。同时,将大同现任官员潘仿等一律免职,巡抚一职改由樊继祖出任。