登陸成功、連戰皆捷的鄭成功，開始實施攻佔赤坎城計劃，派出“右武衛”週全斌、“中衛鎮”蕭拱辰、“宣毅後鎮”吳豪等部負責此事。
荷蘭人感到勝利無望，寄望通過談判保住荷蘭在臺灣的利益，賴在臺灣不走。荷蘭人很快收到鄭成功的回信：“然臺灣者，中國之土地，久為貴國所據，今吾既來索還，該土地自當歸我。”並且表示，如果願意投降，則生命財産安全將受到保障；否則，到那時必土崩瓦解，玉石俱焚，悔之晚矣！鄭成功的信明確表示，荷蘭殖民者只有投降一條路。
荷蘭人繼續玩弄花招，圖謀賴在臺灣。5月3日，荷蘭使者秘書韋恩 利普倫和檢察官伍德 豪斯威爾，帶著通事小彼德爾來到鄭成功大營，提出願意支付一筆賠款給鄭成功，但鄭成功必須退出臺灣；荷蘭人可以退出臺灣，但必須繼續居住大員。鄭成功在領土和主權問題上沒有做交易，明確堅持要麼荷蘭人全部撤離臺灣，要麼武力解決。荷蘭殖民當局見談判沒有成果，只得交出已經被圍得水泄不通的普羅文查城，以保在臺灣的最後一個據點－－熱蘭遮城。
第二天，即1661年5月4日，描難實丁同意投降。第三天，他帶著230名士兵退出普羅文查城。鄭成功進駐這位代理司令的府邸，殖民者第二大據點如今回到中國人的手中。
收回普羅文查城後，鄭成功的大軍開進大員市區。揆一在決定撤出大員市區的同時，下令上尉哈豪維爾拆除裝在市區的4座大炮，把市區的所有荷蘭人遷往熱蘭遮城中，同時燒燬工廠、作坊、貨棧、糧倉，給中國軍隊留下一座廢墟。事至今日，殖民者還在行兇作惡。
面對殖民者的暴行，鄭成功率軍突襲哈豪維爾的營地，斷荷蘭人的退路。荷蘭方面在中國軍隊的進攻之下，數百名荷軍和奴僕被殺被傷，哈豪維爾帶著殘余軍隊，殺開一條血路逃入熱蘭遮城，放火焚城計劃失敗，鄭軍在民眾的歡迎之中，進入大員城。
佔領臺江、攻佔赤坎計劃實現後，鄭成功開始實施最後一項，即包圍熱蘭遮城。5月25日，鄭成功進攻熱蘭遮城失利，決定採取圍而不打戰術。荷蘭人插翅難逃，只有投降。
臺灣作戰勝利之時，也迎來了從廈門趕來的後續部隊，兩軍會師，鄭軍信心大增，民眾歡欣鼓舞。
勝利在望的鄭成功開始實施長期固守計劃，在佔領區設立行政管理系統。最高行政機構為承天府，後改為臺灣府，府治設在赤坎樓；分為東安、西安、宋南、鎮北四坊；由楊朝棟為承天府府尹。北路天興縣，南至新港溪，北至雞籠，縣治設在大目降和新港之間（今新市鄉），由莊文烈為知縣。南路為萬年縣，縣治設于二讚行（今臺南縣仁德鄉二行村），由祝敬任知縣。這是中國人在島上設立的第一套行政管理機構。
同時，鄭成功出於長遠考慮，同時出於解決糧草供應和長期包圍熱蘭遮城、把臺灣建成軍事基地的需要，決定實施“寓兵于農計劃”。除了包圍熱蘭遮城的部隊外，其餘軍隊奔赴大員南北進行屯墾；同時，也從閩粵沿海地區招募移民，開發土地。鄭成功的軍事屯墾和移民政策，形成新一波的開發熱潮。
荷蘭殖民當局在重兵包圍下極不穩定，內部並沒有忘記爭權奪利。此時巴達維亞總裁莫斯契爾聽信前臺灣艦隊指揮官韋德拉恩、前臺灣總督費爾堡和卡薩的情報，認為揆一謊報軍情，管理不善，任命檢察官赫爾曼 克林科接替揆一齣任臺灣總督。克林科躊躇滿志帶著兩條戰艦上任時，見到的是臺江四週和大員附近都是中國軍隊的旗幟，熱蘭遮城已經被圍得水泄不通，如此接任豈不是接替揆一充當替死鬼嗎？嚇得他根本沒有上岸，就繞道日本回巴達維亞去了。投降在即，克林科當然不會充當替死鬼。
揆一終於等到增援部隊。8月中旬，東印度公司總裁莫斯契爾根據臺江5月海戰中逃走、在海上飄泊50余天才回巴達維亞的“瑪利亞號”提供的消息，確知臺灣已有中國軍隊登陸，所以立即派出援兵。派出的增援艦隊到達臺江外海。艦隊由“庫克肯號”、“克登霍夫號”等12艘戰艦、725名士兵組成，雅科布 考烏（Jacob Caeuw）任指揮官，副指揮官是當年鎮壓郭懷一起義、屠殺中國人的劊子手君士坦丁 諾貝爾。這批侵略者趕來臺灣，根本沒有把只有木帆船的中國軍隊放在眼裏。
荷軍出師不利，剛到臺江外海不久，遇到風暴，“約克號”當場沉沒，其餘艦隻開往澎湖避風。過了約20余天，這支艦隊在搶光了澎湖島上民眾僅有的糧食、家禽家畜後回到大員，登岸進入熱蘭遮城。兩軍會師，準備與鄭軍決一死戰。
休整多日後，9月16日，揆一和考烏決定兵分三路向中國軍隊進攻，希望一舉打退鄭軍防線。
三路進攻，三路敗北。北路軍由軍艦“庫克肯號”率領兩艘戰艦，直撲鹿耳嶼、北線尾，鄭成功部將左虎衛鎮陳衝迎戰。結果“庫克肯號”被燒燬，另外兩艘戰艦被擊傷向澎湖方向逃竄。後被澎湖守將陳璋、洪暄擒獲，成為鄭軍的戰利品。
臺江江面上的戰鬥也是如此。攻打臺江江面上鄭軍水師的是“克登霍夫號”戰艦領頭的7艘戰艦。迎戰的鄭成功部將陳澤把自己的指揮船作為誘餌，駛向淺水區，噸位遠大於鄭軍水師船隻的“克登霍夫號”求勝心切，不知是計，緊追不放，結果擱淺，被陳澤的副手宣毅前鎮副將林進坤身帶炸藥包攀登上艦將其炸毀。另外三艘當場投降，又成為鄭軍的戰利品。
第三路是大員城。荷蘭一艘戰艦衝進一鯤鯓附近的海面，與熱蘭遮城中的荷蘭守軍合擊進攻大員市區，也被包圍熱蘭遮城的鄭軍所打垮。
等待多日、一直在尋找殲敵戰機的鄭軍，收穫甚豐，擊沉荷蘭兩艘大型指揮艦及另外幾艘戰艦，繳獲3艘戰艦和俘虜艦長1人、士兵100多人；擊斃荷蘭艦長1人、尉官2人和士兵128人。收穫之大，超過登島初期的作戰。
三路出擊失利，荷蘭殖民當局的敗局已定，再無進攻的實力，內部也開始分裂。12月間，考烏借與福建清軍聯合攻取廈門為名，率領艦隊離去，不久帶著2艘逃回巴達維亞，增援行動全部失敗。
再度獲勝的鄭成功，為向荷蘭總督揆一施加促降壓力，于1662年1月25日組織了進攻熱蘭遮城的主要週邊陣堡——烏特利支堡的戰鬥。戰鬥打響後，鄭成功指揮30多門大炮連續發射2500余發炮彈，整個城堡變為一片廢墟。倖存的7、8個荷蘭士兵死不投降，引爆地窖裏僅存的4桶炸藥自殺，白白放棄了投降求生的希望。
形勢對揆一更加不利，週邊城堡被攻克後，熱蘭遮城暴露在鄭軍的火力威脅之下。為加速敵人的失敗，鄭成功切斷城堡賴以生存的從東南山上流下來的泉水；同時，在烏特利支堡廢墟上架起6門火炮，轟擊熱蘭遮城。揆一面臨的壓力越來越大，距離作出最後決定的時間越來越短。
殖民者當中也有覺悟者。在金廈海岸被陳永華俘獲的一位荷蘭船長拉迪斯，願意出面對揆一進行勸降。拉迪斯寫給揆一的勸降書，告知了卡烏已經逃走的消息，並稱讚鄭成功軍隊是仁義之師，提出只要投降就能確保生命財産安全。隨勸降信送給揆一的還有第二封信，這封信是一張只有簽名、沒有內容的白紙。揆一見到此信，頓時明白空白信的含義。它預示著荷蘭人如果拒絕投降，則將是一場無法估量的災難，揆一覺得作出最後決定的時間到了，中國人已不允許他這個外國總督繼續拖下去。
荷蘭殖民當局按照內部程式，于1662年1月27日召開“臺灣評議會”決定命運。29名成員中只有4人反對議和，25人同意立即投降。
根據臺灣評議會的決定，揆一的秘書韋恩 利普倫和檢察官伍德 豪斯威爾在會後立即來到鄭軍大營，交上議和書。9個月前他們二人來談判時拒絕了鄭成功提出的荷蘭人必須投降的建議，如今兵臨城下他們只有投降。
對於荷蘭方面的議和書，鄭成功指出，荷蘭方面必須明確表明是“獻城投降”，必須降下荷蘭三色國旗；屬於公司的財産如軍械、彈藥、糧食、物品及一切財産必須交出，屬於私人的財産除了巧取豪奪的珍貴文物外可以帶走。最後，荷蘭人的投降條約是18條，鄭成功方面提出的是16條，主要內容一樣。此外鄭成功還同意了談判代表的最後一個要求，即要在撤離時“擊鼓、鳴金、荷槍、揚旗”。這恐怕已無勝利的的含意，只是失敗的紀錄，鄭成功同意了他們的這一請求。
歷史應該記住這一天：1662年2月1日，鄭荷雙方代表在大員市鎮的稅務所完成協議的換文。
歷史應該記住這一天 ：1662年2月9日，在臺江邊的沙灘上，戰旗飄揚，鼓聲陣陣，受降儀式正式舉行。熱蘭遮城鐵門打開，揆一帶領荷蘭官員走出來。揆一向鄭成功交出了城堡的鑰匙，並獻上一把象徵權力的西洋寶劍。當天正午，隨著陽光下旗桿影子的消失，熱蘭遮城內降下了已經飄揚了38年的荷蘭國旗。殖民統治結束了，中國人第一次把佔領自己領土的外國侵略趕出去。
收復臺灣的愛國英雄鄭成功，在接受荷蘭殖民者投降後，喜不勝收，題詩道：
開闢荊棒逐荷夷，
十年始剋復先基；
田橫尚有三千客，
茹苦閭關不忍離。
鄭成功收復臺灣，奠定了臺灣開發和社會發展的基礎；他也成為中華民族的英雄。
孽子阪臣一稚儒，
填膺大義抗強胡，
豐功豈在尊明朔，
確何臺灣入版圖。
這是愛國英雄張學良將軍在90歲參觀臺南市延平祠時所作的詩，“確何臺灣入版圖”道出了鄭成功功在何處，也説出了中華兒女的共同心聲。
