十五日上午，王忠嗣率领中路军对多玛城发动进攻。数百架投石车开始对城头实施石块轰击，压制城头吐蕃守军的同时，给步兵以推进在护城河上铺设桥梁，推进到城墙下方的机会。
攻城作战开始后，吐蕃人的反击甚是猛烈。城墙内侧，吐蕃人聚集了百余架抛楼，将石块又高又远的抛射入唐军阵中，给大唐兵马造成了大量的杀伤。于此同时，城头的吐蕃兵马冒着投石车投下的石块轰炸朝冲锋的唐军用弓箭狙击。在唐军靠近城墙时大量巨石土块从城头抛掷而下，造成大量的伤亡。
王忠嗣毫不退缩，攻城作战造成大量的伤亡在意料之中，自己有资本与之对耗，一旦城池被破，这种伤亡的差距立刻便会得到平衡。多玛城已是孤城，攻破这座城池后，城中的吐蕃人便全部差池难逃，到那时便可任凭唐军屠戮。
攻城战持续到了傍晚时分，唐军发动了五次大规模的冲锋，数番攻上城头。但还是未能攻破多玛城。士兵阵亡超过四千人，伤亡人数也超过了八千人。吐蕃人死伤也不小，但他们顽强的抵挡住了一次又一次的进攻，像是铁了心要和唐军在此同归于尽一般。
这种情形虽然出乎王忠嗣的意料，但王忠嗣却并不慌张。王忠嗣停止攻城，让士兵们得以休息。同时宣布了夜