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荷兰人派出使臣去探询郑成功是否要攻打台湾，郑成功假意回答说他应付满清都忙不过来了，对台湾这个小地方没兴趣。郑成功甚至恢复台湾与中国大陆的贸易往来，以消除荷兰人的疑虑，但荷兰评议会还是认为增援军应该留在台湾防御。
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范德朗非常生气，来年2月带走两艘船舰和有实战经验的军官返回巴达维亚，并写信到阿姆斯特丹的荷兰东印度公司总部表示：郑成功攻台情报完全没有根据，揆一不让援军进攻澳门是白白浪费金钱。信中指责揆一骚扰汉人移民，才使他们逃离台湾。巴达维亚因此决定撤换揆一，派科连克（Harmen Klenck Van Odessen）前来接任。
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范德朗的援军解散后，郑成功攻台的最后阻力消失了，他盘算着利用东北季风结束、吹起西南季风而不利于荷兰人向巴达维亚求救时展开行动；终于在1661年4月21日率领35 000名军民，分乘400多艘船，从金门料罗湾出发前往台湾。
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大军先到澎湖，遇到台风连续几天无法继续前行；但因听信何斌的话，以为短短几天即可到达台湾，没有带太多粮食，只好在澎湖各岛屿募集，但只凑到一些杂粮，撑不了太久，郑成功因此决定速战速决。
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4月最后一天，天刚破晓，晨雾逐渐散去，热兰遮城岗哨的荷兰士兵发现几百艘中国帆船张满帆驶向大员，郭怀一事件发生后，谣传了10年的郑成功大军果然来了。
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荷兰军队立刻准备迎战，计划当对方船队靠近城堡的南方水道时予以摧毁，没料到船队趁着涨潮，从离城堡较远的北方水道，由鹿耳门的弯曲港道进入台江内海（现淤塞为陆地），避开热兰遮城炮台的射程。郑成功的舰队在何斌领航下，从普罗民遮城（今赤楼）（图6.2、6.3）以北七八公里的禾寮港（今台南永康洲仔尾）登陆14（图6.4）。
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图6.2 普罗民遮城（赤楼）原貌
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（摄于台南赤楼）
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图6.3 普罗民遮城棱堡残迹
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“郭怀一事件”发生后，荷兰人在普罗民遮街北方建造普罗民遮城。城建好之后，在城堡东方分别兴建台湾街（今台南延平街一带）与普罗民遮街（今台南民权路）。这座城堡不像热兰遮城一样属于坚固的建筑，只是针对武装薄弱的农民而兴建，属城壁较薄的城楼，对防御火炮并不特别有效，但花费相对较低。因此郑成功率军入侵时，轻易地攻下此城。后来郑成功改为东都明京，设承天府衙门，一般称为赤楼。
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图6.4 郑成功登台路线
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郑成功决定先攻下普罗民遮城，取得城中谷仓，以稳定军心。城里的荷兰人缺乏火药和饮水，第五天就投降了。住在台江周边、与荷兰人最亲近、深受教化的先住民，也没有抵抗，反而纷纷投降，郑成功的部队完全占了上风。
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荷兰人为避免热兰遮城的粮食也被郑成功军队掠夺，下令大员市镇的人集中到热兰遮城堡，放火烧了市区。郑、荷双方爆发战斗，大员市镇内来不及烧毁的金银及生活用品都被郑军占有。
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揆一坚守热兰遮城，郑成功要荷兰牧师亨布鲁克前往劝降15，揆一仍拒绝投降，郑成功于是发动攻击，却失利了。他分析此时海上吹西南季风，荷兰人无法向巴达维亚求救，不可能有援兵来到，决定继续围城，以免耗损兵力。
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但围城需要更多军粮，郑成功就分派军队到各地开垦，主要种植好收成的番薯；但因开垦侵犯到先住民的生活领域，造成彼此的冲突。如此困窘和缺粮的情形，与何斌形容台湾“五谷丰饶”的落差极大，让郑成功对何斌极为不满。
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擅长航行的荷兰人出乎郑成功的意料之外，即使在风向不利的状况下，求援船还是想办法抵达巴达维亚，荷兰东印度公司立即派快艇去追6月出发到台湾接任长官的科连克，快艇尚未赶到，科连克已在台江入口被郑成功的战船拦阻，遂扬帆开往日本。这时，巴达维亚的救援船队抵达台湾，由于海上气象恶劣，拖延了一些时间才将700名士兵送入热兰遮城。
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郑成功看见荷兰救援船队抵达，怒火中烧，取得台湾完全不像何斌形容的易如反掌，于是下令褫夺何斌的官爵，将他丢到小草寮，并下令如果有人敢去探望，将处以死罪。
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郑成功其实大可不必发那么大的脾气，救援军才700人，又不熟悉台湾的情况，根本不是他的对手，况且救援舰队司令卡乌（Jacob Gauw）与台湾的荷兰官员不合，本来荷军要与清军联手夹击郑成功，但卡乌竟在与清军会面的当头，带着700名援军掉头返航巴达维亚。这下子，守在热兰遮城的人还能有什么指望？
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双方僵持了近9个月，已到年底，热兰遮城里虔诚祈祷的荷兰人，没得到上帝的救赎；反而是郑成功仿佛得到神助，有位荷兰士兵前来投靠，给了郑成功关键的军事机密：只要占领地势高于热兰遮城的乌特勒支堡16，就可攻破荷军防线。于是郑成功在乌特勒支堡山丘附近建了三座炮台，架设28门大炮。荷兰人发觉后，竟连驱赶的军队都凑不齐，只能任由郑成功建炮台，束手无策地等着被攻城了！
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来年1月25日，郑成功军队从乌特勒支堡北、东、南三面发动炮轰，一天之内发出2 500发炮弹，几乎将乌特勒支堡夷为平地。荷兰守军被迫弃守撤退，离开时还留下最后的陷阱，数小时后引爆炸药，炸死50多名郑军士兵，碉堡全毁。这是最惨烈、最关键的一次战役（图6.5）。
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