瞿式耜接手的桂林城：城里守军不足三千，大半是临时凑数的民壮；粮仓里的粮食只够吃十天，更要命的是，人心惶惶，官员们天天打包行李，就等清军一来好跑路。有个叫王化澄的户部侍郎，半夜偷偷摸摸想溜出城，被瞿式耜抓个正着，当场斩了示众，才算把人心稍稍稳住。
“瞿大人，清军快到象鼻山了！”副将马之骥气喘吁吁地跑来报告。来的是清军总兵李成栋的部队，此人刚打下广州，正意气风发，觉得拿下桂林不过是顺手的事。他派人给瞿式耜送了封信，说：“瞿公若降，两广总督之位非您莫属；若不降，城破之日，鸡犬不留。”
瞿式耜把信撕了个粉碎，对来使说：“回去告诉李成栋，我瞿式耜生是大明人，死是大明鬼！”
二月初七，清军开始攻城。李成栋仗着人多，把红衣大炮架在象鼻山上，对着城墙猛轰。文昌门的城楼被轰塌了一角，碎石砸在瞿式耜脚边，他连眼皮都没眨一下，只是指着城下喊：“开炮还击！”可城里的几门旧炮早就锈得不成样，打了三发就炸了膛，反倒伤了自己人。
清军趁机架起云梯攻城，第一个爬上城头的是个满脸横肉的旗兵，刚想喊“城破了”，就被一个白发老头一扁担砸倒——那是府学的老教授，手里还攥着本《论语》。老头杀了人，自己也吓得发抖，瞿式耜走过去拍拍他的肩膀：“先生好样的！这才是孔孟的门生！”
激战到中午，桂林东门被炸开个缺口，清军像潮水般涌进来。瞿式耜抽出腰间的短刀，就要冲上去，被马之骥死死抱住：“大人！您是全城的主心骨，不能死！”正在这时，突然听到清军阵脚大乱，有人喊：“明军从后面杀过来了！”
原来是瞿式耜早就埋下的伏兵。他派总兵焦琏（liǎn）带了五百精兵，埋伏在城外的芦苇荡里，就等清军攻城时偷袭。焦琏是条汉子，挥舞着大刀带头冲锋，把攻城的清军截成两段。城里的守军见援兵来了，顿时士气大振，跟着往外冲，居然把清军赶了回去。
李成栋气得哇哇叫，第二天加派了一倍兵力攻城。这一次，清军学乖了，先派奸细混进城，半夜在西门放了把火。火光冲天时，瞿式耜正在巡城，他一边指挥士兵灭火，一边喊：“莫慌！火灭了，咱们还能守！”他的官袍被火星烧了好几个洞，手上烫起了水泡，却浑然不觉。
最危急的时候，连城里的妇女都上了阵。有个叫沈氏的寡妇，丈夫是守城的士兵，战死了，她就带着三个儿子搬石头堵缺口，小儿子才十岁，被流箭射中，她抱着儿子哭了两声，又接着搬石头。瞿式耜看到这一幕，对着全城百姓跪下：“瞿某无能，让父老乡亲受苦了！”百姓们齐声喊：“愿与大人共生死！”
就这样，桂林城奇迹般地守住了。李成栋攻了四十多天，损兵折将，最后只能灰溜溜地撤退。捷报传到武冈，永历帝正在忙着给新纳的妃子建宫殿，听说桂林守住了，愣了半天，才含糊地说：“瞿爱卿……有功，赏点银子吧。”（《永历实录》）
可瞿式耜知道，这只是暂时的喘息。他一边修复城墙，一边派人去各地联络抗清义军，甚至写信给大顺军余部郝摇旗、李过，说：“昔日虽为敌，今日当为友，共抗外侮，方是正道。”（《瞿忠宣公集》）那些曾经的“流寇”，竟真的响应了他的号召，陆续向桂林靠拢。
顺治五年（1648年），形势一度好转。李成栋因为跟清廷分赃不均，居然反水归明，广东又回到南明手里。永历帝这才大摇大摆地回了桂林，可他没带来一兵一卒，只带来了几百个太监宫女，天天在宫里吃喝玩乐。瞿式耜劝他整顿军备，他却说：“先生多虑了，如今李成栋归降，天下太平指日可待。”
好景不长，顺治六年（1649年），清军再次大举进攻广西。这一次来的是定南王孔有德，他带来了三万精锐，还带着更厉害的火炮。而南明这边，李成栋已经战死，各地援军迟迟不到，桂林成了真正的孤城。
十一月初五，清军攻破北门。瞿式耜坐在总督府里，正在写最后一封奏疏，字迹依旧工整：“桂林城破，臣力竭，死矣。愿陛下勿再逃亡，速召各路兵马，复我大明……”写完，他把笔一搁，对仆人说：“去告诉孔有德，我在这里等他。”
孔有德进来时，带着一股胜利者的傲慢：“瞿公，早知今日，何必当初？降了吧，我保你荣华富贵。”瞿式耜冷笑：“你本是明将，却屈膝事清，还有脸劝我投降？”他站起来，整理了一下官服：“要杀便杀，不必多言！”
顺治六年十一月十七日，瞿式耜与弟子张同敞（张居正