L'estratègia no consistia a tenir el control de la muntanya per bombardejar la ciutat; els murs de Barcelna eren massa lluny i l'artilleria encara no tenia prou abast. Però Montjuïc era clau perquè podia entorpir o assegurar qualsevol intent de setge sobre el centre urbà. Conscients de la importància (i la urgència) de fortificar la muntanya, el Consell de Cent havia invertit 12.000 ducats en les reformes.

Alienes als acords que s'estaven covant a la ciutat, les tropes de Pedro Fajardo de Zúñiga y Requesens, cinquè marquès de Los Vélez, es preparaven per assaltar Montjuïc. Potser un comandant més prudent hauria considerat l'opció del bloqueig, però el militar murcià volia una acció ràpida i contundent. Era el gener del 1641 i l'hivern era el pitjor moment per començar un atac prolongat en el temps. Partides de soldats catalans emprenien accions guerrilleres en què tallaven els subministraments i mataven tot ferit o malalt sospitós de ser súbdit de Felip IV. A més, corrien rumors entre les tropes que generaven desconcert: alguns deien que els pous d'aigua estaven emmetzinats, d'altres que homes d'arreu del Principat s'encaminaven cap a Barcelona per participar en la defensa de la ciutat. No hi havia temps per perdre.

A mitjan mes de gener Montjuïc era un tossal: pics i pales foradaven la terra per donar forma a fossars, parapets i baluards. Els barcelonins, sota les ordres de George Stuart, el senyor d'Aubigny, van afanyar-se a excavar unes trinxeres defensives que connectaven el castell amb la muralla de la ciutat. En el moment de l'atac, el perímetre tenia un fossat que protegia un terraplè elevat on es van emplaçar els defensors. En total, 8 canons de bronze, 16 companyies dels gremis, 300 soldats francesos i 200 membres de la Companyia d'Almogàvers, un cos format per voluntaris que s'havia constituït a l'inici de la guerra. S'explica que el renom d'un dels seus líders més populars, Miquelot de Prats, acabaria provocant que els seus membres aviat fossin coneguts com a 'miquelets'.

La matinada del 26 de gener, el marquès de Los Vélez va enviar el gruix del seu exèrcit al portal de Sant Antoni. Encara era negra nit quan la Coronela de Barcelona va començar a intercanviar trets des de la muralla. Mentrestant, emparats per la foscor, les millors unitats d'infanteria de l'Exèrcit reialista van ascendir cap a Montjuïc per tres flancs diferents. Les columnes més avançades van arribar al cim amb les primeres llums de l'alba, agafant completament desprevinguts els sentinelles. Presos pel pànic, uns quants defensors van fugir, però els que es van quedar van aconseguir frenar els atacants. 

Descoordinació tàctica entre els assaltants
Els comandants francesos, experts en l'organització militar, van prioritzar la defensa del camí atrinxerat que comunicava el fort amb la ciutat, per on no van parar d'arribar reforços, munició i pólvora. Entre els assaltants hi va haver força descoordinació tàctica, ja que van trobar-se amb una extensió defensiva amb què no comptaven, fet que va endarrerir notablement el seu avanç. Tot plegat es va agreujar per la mort dels oficials Cárdenas i Tyron. 

La cavalleria espanyola, cosida a trets al portal de Sant Antoni
Mentrestant, la lluita que es produïa al portal de Sant Antoni també va tenir un revés inesperat. La cavalleria francesa, seguida d'un nodrit cos d'infants catalans, va obrir les portes i va sortir a camp obert per enfrontar-se directament amb l'enemic. El comandant que protegia l'artilleria reialista va respondre a aquella provocació sense pensar-s'ho dues vegades, confiant en el nombre i qualitat de les seves forces i menystenint la tropa de menestrals mal equipats que li feia front. En cap moment va pensar que es pogués tractar d'una trampa, pensada per atraure la cavalleria espanyola a redós de les muralles, on va ser cosida a trets. El mateix comandant va caure a tocar de portal, i els intents dels seus oficials per rescatar-lo encara va empitjorar les coses per als reialistes. Una càrrega de la cavalleria francesa va acabar d'escombrar els darrers supervivents, mentre a Montjuïc els espanyols, esgotats es replegaven.

Tot i el sever correctiu, el marquès de Los Vélez encara no havia dit l'última paraula. Encara que li quedaven homes per intentar un nou assalt i no s'esperaria ni 24 hores. Sabedors de les defenses que s'havien alçat a la muntanya, els filipistes van fer portar canons i eines de la rereguarda. A les tres de la tarda la infanteria del marquès, abastida i més ben organitzada, va tornar a centrar els seus esforços sobre Montjuïc.

Aquesta vegada, però, ja no van agafar els catalans per sorpresa. Congregats en major nombre que a la matinada i amb millor visibiliitat, els defensors del fort van fer anar canons i mosquets en un concert d'explosions constants. Entre l'estrèpit, els espanyols intentaven superar la fossa i escalar els terraplens a la desesperada. No disposaven de cap mena de protecció, mentre que des de l'altura, els mosqueters catalans, ben parapetats, van impedir l'assalt. Mentrestant, al pla de Barcelona les cavalleries de cada bàndol carregaven en un atac decisiu que podia decantar la batalla pel control del pas que connectava la ciutat amb la muntanya. El comandant espanyol, però, va veure com nous genets se sumaven a francesos i catalans pel flanc oposat i decantaven la batalla.

A Montjuïc els combats cada cop eren més intensos, amb els mosqueters filipistes cada cop més a prop del centre del fort. En un moment determinat, un dels defensors va saltar de l'interior del perímetre assegurant que els espanyols es retiraven, i així va liderar un contraatac inesperat que va acabar de derrotar els soldats del marquès. Muntanya avall, els espanyols van fugir en desbandada, deixant enrere mosquets, pales i els penons dels seus regiments. 

Retirada dels filipistes
El marquès de Los Vélez va ordenar la retirada cap a Martorell, abandonant bona part de l'artilleria i dels recursos que havien dut amb ells. Gairebé dues setmanes més tard, el que quedava de l'Exèrcit va arribar a Tarragona. Durant la fugida, partides de guerrillers els havien delmat a la rereguarda i un gran nombre de soldats havien desertat. 

Segons informes catalans, el combat havia deixat uns 2.000 morts entre soldats i oficials i 3.000 ferits del costat espanyol, per una seixantena de morts i ferits del bàndol de Montjuïc donava ales als catalans, mentre al nord del país els espanyols havien quedat enquistats al Rosselló. 

La guerra s'endevinava llarga i el resultat incert, però el que era segur és que el conflicte es cobraria moltes víctimes. Una de les primeres, tot just un més despés de la batalla, va ser Pau Claris, el president de la Generalitat de Catalunya. Tot i que ja feia mesos que patia problemes de salut, l'agreujament del seu estat i finalment la seva mort el 27 de febrer van fer circular teories sobre el seu emmetzinament. En el bàndol oposat, el mateix marquès de Los Vélez va ser fulminat del càrrec. I al final, de fet, un dels més afectats acabaria sent Gaspar de Guzmán y Pimentel, el comte duc d'Olivares, a qui se li van acumular els problemes amb la insurrecció de Portugal, fins que va ser destituït i desterrat per Felip IV dos anys després de la batalla.

Catalans i francesos van seguir sumant victòries a Lleida, el 1642, i a la Catalunya nord, amb l'ocupació del Rosselló i la Cerdanya. Però tot i les victòries, els catalans aviat es van adonar que havien marxat del foc per caure a les brases. Cada vegada els francesos es comportaven més com un exèrcit d'ocupació. I, aprofitant el descontentament dels catalans, les tropes espanyoles guanyaven terreny. El 1644, Felip IV va recuperar Montsó i Lleida, on va jurar obediència a les lleis catalans. El punt de trencament definitiu, però, va arribar el 1648. Aquell any els principals contendents de la Guerra dels Trenta Anys van signar la Pau de Westfàlia, també coneguda com els Tractats de Münster i Osnabrück, que van acabar amb la guerra. Ratificada entre el maig i l'octubre, va suposar el reconeixement oficial de la Confederació Suïssa i de les Províncies Unides Holandeses. Això darrer va debilitar l'imperi hispànic, i va suposar una certa pèrdua d'interès dels Borbó francesos pel front català. La guerra europea havia acabat, però malgrat tot les hostilitats obertes entre Espanya i França durarien encara una altra dècada.

Nou setge a Barcelona
El rei espanyol no va desaprofitar el moment i el 1651 va posar setge a Barcelona. A més, a la guerra, a la fam, a la crema de collites, als allotjaments forçats...ara també calia sumar-hi un nou enemic: una epidèmia de pesta, portada pels mateixos soldats, que va delmar la població a la meitat entre el 1650 i el 1652. Es calcula que el brot va provocar la mort de 16.000 barcelonins. L'epidèmia de pesta va fer que els diputats abandonessin Barcelona a Terrassa i a Manresa, on van començar a reunir-se, i es va crear una altra Generalitat, la de Manresa. 

La batalla de Camprodon
La presa de la Ciutat Comtal no va significar el final de la lluita arnada a la resta del Principat, el general Philippe de La Mothe-Houdancourt, el 1653, va entrar pel Pertús amb catorze mil soldats i va iniciar un seguit d'ofensives i atacs que van allargar-se fins al 1658, any de la batalla de Camprodon. 

El terrible setge de Solsona
Solsona va resistir un terrible setge castellà fins al 8 de desembre del 1655, quan els francesos van lliurar la vila franca. La població va ser tractada com a terra enemiga: saquejada durant 12 dies per la soldadesca i després castigada amb una guarnició permanent. El 13 de gener del 1656 el Consell d'Aragó va dictar la mort política de la ciutat de Solsona. Fins al 1659 Solsona no va recuperar el seu estatus legal, però havia quedat reduïda a tres-centes famílies.