Obrońcy Bychowa nie ograniczali się do działań defensywnych i podczas trwającego od 8 września do 26 listopada 1654 roku oblężenia dokonywali licznych wypadów na pozycje Kozaków, zadając im dotkliwe straty. Zołotarenko nie odważył się podjąć w tym czasie żadnego szturmu na miasto i ograniczył się do blokady, licząc na to, że odcięci od zaplecza i pozbawieni nadziei na odsiecz obrońcy w końcu zdecydują się na kapitulację. Niepowodzenia, duże straty zadawane przez obrońców, nadejście pory zimowej i konflikty z oddziałami moskiewskimi spowodowały, że w końcu listopada zdecydował się na przerwanie oblężenia i odszedł na leże zimowe do położonego około 20 kilometrów na południe Nowego Bychowahttp://muzeum-zamojskie.pl/wp-pdf/cz1_zamki.pdf. W dniu 28 grudnia pod Bychów dotarły oddziały woluntarskie Samuela Oskierki.
Obrona ta odbiła się głośnym echem w ówczesnej Rzeczypospolitej, a król Jan Kazimierz, aby wynagrodzić mieszczan za mężną postawę, w dniu 31 maja 1655 uwolnił Bychów od podatków na dwadzieścia lat.