入夜後許佶又想出一計來。他們讓使婦人持更守夜，將城中大船三百艘盡數掠奪，載滿資糧，順流而下，並用一千匹布帛賄賂宦官張敬思，令人將他送至汴之東境，使其西歸，告訴他說這一衆戍卒想進入江湖之中爲盜。元密從張敬思處得知龐勳已離開宿州時，已是早晨。他下令官軍立即追賊，兵士都還未來得及吃飯。等追及龐勳時，又餓又累。
元密看到堤下盡數停着龐勳所劫來的舟船，堤外則有一千人列陣。官兵靠近後，那列陣的一千人全部散走，跑入陂澤葦叢之中。元密笑道“真是一幫鼠輩草寇，沒見過大陣仗。見着官軍就怕成這樣了。”言畢抽刃下令道“將士們，賊寇已被我們嚇破了膽，跟我去殺他們個片甲不留！”元密帶官軍上堤追趕，這時忽然有一千人從舟中躍出，而那散走的龐勳之衆也全部回過身來，與之一起夾攻官兵。這一千兵士是許佶事先埋伏在舟中的，元密只道是敵人畏己，完全沒有留意舟中，這會知道中計已經晚了。雙方激戰近兩個時辰，官軍大敗。元密身上多處受傷，匆忙帶兵逃走。不幸的是，他陷於淤泥之中，被趙可立領兵追上，一刀削掉頭顱。此戰官軍戰死者近千人，其餘皆降於龐勳，無一人還。之後龐勳帶衆回到城中，聚集城中貨財，令百姓來取，一日之中，四方雲集，然後選募爲兵， 一日就得數千人。龐勳士氣大增，他自稱兵馬留後，令許佶詳細詢問降卒徐州人情及城守情況，得知徐州無備後，便準備攻打徐州。
略作整頓後，龐勳引兵北渡濉水，翻山向徐州接近。在崔彥曾知元密敗後，已向鄰道求救並堵塞城門，選城中壯丁爲守備之計。但城中兵士畏懼龐勳聲勢，人人震恐，內心搖動。有人勸崔彥曾棄城逃走，彥曾怒道：“吾爲元帥，城陷而死，職也！”言畢將此人斬首。
龐勳之衆來至城下，已發展至六七千人，鼓譟之聲動地震天。而他們又善待慰撫在城外的民居，一無所侵，由是人爭歸之。城內本就人心不固，桂州戍卒的家屬親戚又從內相助，因此很快就攻克了外城。崔彥曾退保子城，居民竟也開始幫助龐勳攻城，推草車塞門將城門燒壞，羣兵涌入，城陷。龐勳令軍士將戡、杜璋、徐行儉三人盡皆抓住斬首，以泄兵憤，並囚禁了彥曾。龐勳大陳甲兵，軍容嚴整，儀仗甚盛，旗鎧矛戟綿延三十里，號令金鼓響震山谷。文武將吏伏地拜謁，莫敢仰視。很快，城中願附從者就達一萬多人。不久後下邳土豪鄭鎰聚衆三千，自備資糧器械投靠龐勳，龐勳大喜，以之爲將。之後龐勳又分派兵將向東攻下下邳、漣水、宿遷、臨淮、蘄、虹等縣。向西攻下魚臺、金鄉、、單父等十餘縣，斬官吏，出金帛募兵，遊民多從之。並遣將屯兵於柳子，豐，沛，蕭等地以彰顯其軍威。
既得徐州，龐勳志驕氣滿，便欲向皇帝求爲節度使，想與各藩鎮平起平坐，稱雄一方。