20 września w mieście wydano rozkazy, by przygotować się na wypadek ostrzału: ukryć w piwnicach cenne i łatwopalne przedmioty, przygotować wodę do gaszenia pożarów, zgromadzić sprzęt strażacki, zabezpieczyć wieże oraz nakazano wstrzymanie prac murarskich. Od 22 września Szwedzi zintensyfikowali prace ziemne, czemu obrońcy próbowali przeciwdziałać poprzez ostrzał i wycieczki. Nie przyniosło to jednak większych skutków, m.in. ze względu na nieefektywny ostrzał wobec uszkodzenia najcięższych toruńskich dział (12- i 15-funtowych). 23 września Szwedzi ukończyli dwa kolejne stanowiska artyleryjskie, na których łącznie stanęło co najmniej 30 ciężkich dział i 4 moździerze.
Druga faza oblężenia 24 września rozpoczęto ostrzał miasta ciężką artylerią oblężniczą. Szwedzi strzelali ponad murami miejskimi z użyciem m.in pocisków zapalających. Jeden z takich pocisków uderzył w wieżę toruńskiego ratusza, co wywołało pożar. Na poddaszu przechowywano zapasy prochu, który wybuchł, niszcząc znaczną część budynku. Wg Jakuba Henryka Zerneckego, sekretarza Rady Miejskiej Torunia i naocznego świadka tych wydarzeń, za rozprzestrzenienie się ognia na wieży ratusza odpowiadała saska warta, która zamiast gasić pożar, uciekła.