公孙表死后，魏军少了一位通晓宋军战法，善于对付坚城的智将，拿毛祖德更是没有办法了。达奚斤只得改变作战策略，分出一部分兵力，先取虎牢以南的许昌、颍川等地。这些地方的宋军守将可不是毛祖德，听说有几万魏军来到，无不望风逃遁，魏军遂轻易攻克了许昌、颍川等地。正是这一战果，才使得一直以来碌碌无为的达奚斤免于受责，也使得魏明元帝愈发看清了魏宋河南之战的关键。
“毛祖德，可谓壮士矣，我大魏席卷河南，兵不血刃，唯此人以一人之力坚守孤城，面临泰山压顶之危，竟然毫不动摇！诸位听着，纵是动用我魏国全部的兵力，也必须攻克虎牢，擒拿毛祖德。朕要将此人接回国中，奉为上宾。”四月，魏明元帝鉴于河南之战已持续达半年之久，虽然战事总体上进展顺利，且是以攻代守，牢牢占据着主动权，但也正因为该国动用的军队太多，几乎可以说是用半个国家的军队在与区区几千宋军交战，对两国的实力消耗，却不可同日而语。换句话说，再不尽快结束这场战争，魏国即使赢了，也将从此元气大伤，国内田地荒芜、粮价飞涨；而宋国虽然输了，该国的整体实力却不会受太大影响（当然，这对毛祖德来说，算不上是个好消息。）因此魏帝宣布：他将立即从河北前往虎牢，亲自接过指挥权。
自打魏帝来到之后，附近的魏军闻讯，纷纷向虎牢汇集。不久，因檀道济经彭城驰援东阳，负责攻打该地的魏军将领叔孙建被迫下令撤退，也带着三万军队来到虎牢与魏帝会师。如此一来，包围虎牢的魏军又激增近一倍，而可怜的宋军将领毛祖德，帐下已快无人可用了。
没办法，毛祖德自从被魏军包围以来，这几个月，日战夜战，无日不战，受伤的士兵只要没有性命之忧，稍稍包扎就得重新投入战斗。换来的结果则是：魏帝增援达奚斤，叔孙建也增援达奚斤，虎牢城外方圆几十里全是魏人的军营；而宋国上下明明知道毛祖德快撑不住了，却始终无一兵一卒前来增援—这真是个极大的讽刺。起初，毛祖德也曾期盼檀道济能够及时赶来援救自己—整个宋国，小皇帝不管事，将领贪生怕死，也唯有此人可以仰仗了；可是当他听说檀道济在救援过东阳之后，因畏惧魏军十几万人合围一城的强大声势，竟远远驻扎在虎牢以东作壁上观，不敢再向西前进一步的消息时，他彻底死心了。
“将士们，我必须郑重地告诉你们一个消息，不会有人来救我们了。事到如今，我想再问一下各位，你们打算怎么办？”
“将军您呢？”
“我早已发过誓言，将与此城一同毁灭。为了国家，为了民族，大义所在，我不能让此城失陷之时，而我却还活着。但你们不同，你们不该因为我一人的决定，而被迫选择牺牲。谁如果后悔当初选择留下，此刻出城向魏军投降还来得及。”
“将军不必说了，你的决定，便是我们的决定。毛祖德将军是忠烈之士，他的麾下岂能有贪生怕死的降兵！”
一群头上包扎绷带，缺胳膊少腿的宋军士兵们饥肠汩汩地齐声答道。
当毛祖德与士兵们进行以上这番交谈时，虎牢城中已没有一粒粮食。在城外，所有的水源都有魏军严加看守—那是因为宋军口渴，几日前他们在城头悬挂绳索，想用水桶去城外取水，结果被魏帝发现，立即下令将宋军在城外汲水的水源全部切断。毛祖德又下令宋军士兵在城内打井，由于那虎牢城是座建立在高地上的关卡，口干舌燥的士兵们费力挖掘了许多日，方才掘得深达四十丈的水井数座。正当宋军士兵们为获得珍贵的水源而准备欢呼雀跃时，在城头值哨的士兵突然跌跌撞撞地来到毛祖德面前，禀报他道：“将军，大事不好了！”
毛祖德在哨兵的指引下，登上城楼，才往城下一看，瞬间面如死灰。城外，十几万魏军全部在奋力挖井，已经挖成了同样深达四十丈的水井数百座。待水井挖成，魏军仗着人数优势，又迅速将虎牢一带的地下水提取一空—这是魏帝察觉到宋军在城中打井取水，特意想出一招毒计：“泄水之计”。地下水在魏军成千上万个水桶的提取下，很快被彻底泄空，城中再次断水，毛祖德对此无计可施。
四月下旬，魏明元帝料定虎牢守军已基本丧失了战斗能力，令旗一挥，下令十几万大军发动全面总攻，并严戒三军：“若见毛祖德，必须生擒！”。魏军气势如虹，势不可挡，而宋军由于长期处于饥渴交迫的状态，受伤的士兵创口处竟然流不出鲜血！在这场完全不公平的较量下，宋军终于显露出败势，经过两日激战，数千宋军几乎丧亡殆尽，毛祖德被迫下令放弃虎牢外城。
魏军占领了外城，随后又向虎牢内城展开急攻，并迅速攻破了两座内城。之前，毛祖德出于持久战的考虑，曾带人在虎牢城的内部，另外修筑了三座内城，其中位于最内部的一座城池，既小且险，比监狱大不了多少，城墙上仅能容纳上百人作战。也正是这个缘故，魏军在先后攻破了外城和两座内城之后，又困顿于最内部的那座小城之下，因为宋军人数虽少，但城池同样极小，幸存的几百宋军利用这一条件，竟然还能够分成几队，轮流出战，每当一队士兵登上城头与源源不断通过云梯爬上来的魏军进行肉搏战时，另外几队士兵就趁机在小城之内进行短暂的休整。饶是如此，碍于魏军不彻底占领虎牢誓不罢休的急迫攻势，宋军轮流出战，每个士兵却连闭眼睡觉的时间都没有，毛祖德在他生平最后一次阅兵时，惊讶地发现：每个士兵的眼睛上都结了一层厚厚的伤疤…那是因为他们的眼睛太干燥了，又不能闭眼，只能不断地用粗糙的手去擦拭，久而久之，眼皮子上就留下了一道又一道划痕…
再战下去已经没有意义了。
四月二十三日，内城失陷，毛祖德被俘。