益都守将普颜不花乃是元朝忠勇勋贵，身兼山东平章，自听闻明军北上，便收拢胶东各州残兵万余人固守城池，城外村寨百姓尽数迁入城中，囤积粮草、修补城墙，决意死守不降。
一名明军裨将奉徐达将令，单人匹马至城门下喊话劝降：“元平章普颜不花听谕！我大明新朝已立，应天朱元璋陛下奉天伐罪，中原各州望风归附。你一座孤城，外无援兵、内困万民，若开城归降，保你全族性命，官复原职，共享太平；若执意顽抗，城破之日，玉石俱焚！”
城头之上，普颜不花一身蒙古铁甲，手扶城垛俯瞰城外，厉声回喝：“吾受大元厚恩，镇守齐鲁之地，岂有背主降贼之理？朱元璋乃淮右布衣，僭越称帝，犯上作乱，尔等趁早退军，否则我城中将士出城死战！”
话音落，城头箭矢如雨，直逼劝降裨将，裨将策马慌忙退回阵中，盔甲上钉满数支羽箭，险些负伤。
常遇春见状勃然大怒，长枪直指益都城墙：“大将军！此虏不识天命，顽固不化，请末将即刻领兵攀城，一日之内踏平益都！”
徐达抬手拦住常遇春，目光望向奔流的黄河渡口，从容开口：“副将军稍安勿躁，我已遣三千铁骑扼守黄河两岸，元廷从河南、河北发来的援兵尽数被截，益都已是绝境。不必急于强攻徒增士卒伤亡，先以回回炮轰击城墙，再派士卒挖掘地道，断其城中水源，三日内必乱其军心。”
当日午后，数十架重型回回炮缓缓推至城下，巨石弹丸腾空而起，重重砸在益都夯土城墙之上，墙面砖石碎裂、尘土漫天飞扬，城垛接连崩塌数处。城中元军慌乱搬运木料、巨石修补缺口，百姓哭声、士卒呼喝之声混杂一处，城内人心大乱。
围城第三日深夜，明军地道挖至城墙根基，火药引爆，西南段城墙轰然塌陷十余丈，傅友德领敢死队持刀盾冲入缺口，与元军展开巷战。普颜不花亲率亲兵持刀死战，从西城杀至东城，亲兵死伤殆尽，自身身中数刀，浑身浴血，退至府衙之内，不肯被俘，自缢殉国。
徐达率军入城，即刻传令三军禁止劫掠，亲自登门安抚城内百姓，开仓放出囤积官粮，救济城中饥民。普颜不花家中妻儿家仆，徐达依朱元璋谕令，一概不予加害，拨付钱粮妥善安置，遣人护送返回北方故土。
益都既破，周边临淄、寿光、淄川、新城等州县尽数开城归降。西路张兴祖大军一路顺畅，东平、济宁元军守将弃城逃窜，鲁西诸府传檄而定；东路傅友德横扫莱州、登州，捣毁元朝海上要塞沙门岛，断绝辽东
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