察罕帖木儿趁机出城追击，紧追不舍，一直追到虎牢，派兵驻守成皋等要塞，才回师。

然后，察罕帖木儿再次升官，成为陕西行省平章政事，仍旧拥有便宜行事之权。

至正十九年，毛贵死后，中路起义军陷入内斗，由盛转衰，中路军占领上都后，开始进攻辽阳，西路军进入宁夏。

小明王所在的汴梁孤立无援。

察罕帖木儿瞅准时机，调兵遣将，筹谋攻打汴梁，他亲自带兵抵达虎牢关。

南路兵马出汴南，进攻归州、亳州、陈州、蔡州；

北路兵马出汴东，征调战船，水路并进，进攻曹州以南地区，屯驻于黄陵。

陕西的兵马出函谷关，越过虎牢关，直抵汴梁城下。

山西的兵马越过太行山、黄河，向汴梁进发。

多路兵马在汴梁城下会师，先夺下外城。

察罕帖木儿亲率兵马屯驻于城西杏花营，下令围着汴梁筑造营垒，将汴梁重重包围。

刘福通多次派兵出城，均以失败告终。

粮草将断，又等不来救兵，汴梁城内陷入绝望。

八月，城内粮草断绝。

见时机成熟，察罕帖木儿召集部将商议攻城之法，决定分城门发起攻击。

这天夜里，元军登上城墙，进入城中。

刘福通率几百名骑兵保护小明王从东门突围逃走。

察罕帖木儿从此声势大振。

他再次升官，身兼数职，出任河南行省平章政事、陕西行台御史中丞，掌管河南行枢密院。