徐州被围的消息，如野火般烧到了北京。顺治帝急召多尔衮议事，最终拍板：从山东济南调绿营总兵王承胤部五千人，从河南开封调绿营副将李际遇部四千人，分两路驰援徐州——清廷虽知刘泽清昏聩，但徐州乃运河咽喉，绝不能落入复国军手中。
消息第一时间被复国军情报司截获（南明暗线传递）。赵罗在徐州城外的临时指挥部里，看着密报冷笑：“多尔衮这是送人头来了。传令周毅：率疾风师全师、炮兵旅四门后膛炮、侦察骑兵团一个连，立刻赶赴微山湖东岸与徐州西南的柳林镇，分别构筑预设阵地，先打王承胤，再歼李际遇——记住，要借地形设伏，用火力优势打歼灭战，绝不能让援军靠近徐州半步！”
此时的赵虎，正继续率部“围点”：工兵的地道已挖到北城墙根，爆破室填满炸药；水师炮舰每日定时轰击东门，消耗城头守军；锐锋师则用喊话（“投降不杀，既往不咎”）瓦解清军士气——围而不攻，就是为了吸引援军，将其引入复国军的“野战陷阱”。
王承胤的五千绿营兵，是最先抵达的援军。这支队伍多由流民与散兵拼凑而成，装备低劣（仅百支火铳，其余为刀枪），且王承胤贪功冒进，未等河南援军汇合，就带着队伍沿微山湖东岸的官道急行军，想抢“解徐州之围”的头功。
他不知道，周毅已在官道两侧的芦苇荡与土坡间，布下了“口袋阵”：
左翼：疾风师第一团在土坡上挖掘散兵坑，架设两挺多管步枪，瞄准官道中央；
右翼：第二团隐蔽在芦苇荡中，每人携带手榴弹，待敌军进入口袋后从侧后突袭；
正面：四门后膛炮架设在土坡顶端，炮口对准官道入口（狭窄处，仅容两队并行）；
收尾：侦察骑兵连埋伏在官道后方的树林里，负责截断敌军退路。
当王承胤的队伍全部进入“口袋”（官道狭窄段）时，周毅的令旗一挥：“开炮！” 四门后膛炮同时开火，炮弹精准落在敌军队伍中，炸得人仰马翻。官道入口瞬间被浓烟与尸体堵塞，后续士兵挤成一团，根本无法前进。
“不好！有埋伏！” 王承胤惊怒交加，刚想下令突围，左翼的多管步枪就响了——“哒哒哒”的弹雨扫过官道，清军士兵像割麦子般倒下；右翼的芦苇荡里，复国军士兵扔出的手榴弹接连爆炸，浓烟中，士兵们举着步枪冲锋，绿营兵吓得四散奔逃。
王承胤想率亲兵从后方突围，却被侦察骑兵连拦住。骑兵们挥舞马刀，来回冲杀，绿营兵本就毫无斗志，见状纷纷扔下武器跪地投降。仅一个时辰，五千山东援军就被全歼——王承胤被生擒，缴获刀枪三千余件、战马百余匹，复国军仅伤亡五十余人。
战斗结束后，周毅立刻下令：清理战场，将缴获的武器弹药运至徐州前线，俘虏押往后方（愿参军者留，不愿者遣散）；同时，让工兵将官道旁的土坡加固，伪装成“清军阵地”，为歼灭河南援军做准备。
李际遇的四千河南绿营，比王承胤晚两日抵达。他行至微山湖东岸时，看到“清军阵地”（复国军伪装）与散落的武器，竟误以为王承胤已“击溃复国军前哨”，得意地对部下说：“王承胤这老小子，倒抢了先！我们快赶去徐州，别让他独吞功劳！”
他不知道，周毅已率疾风师转移至柳林镇（徐州西南二十里，援军必经之路），并布下“诱敌深入”的陷阱：
诱敌队：由五十名士兵伪装成“溃败的复国军”，穿着破烂军装，拖着步枪，在柳林镇外“仓皇逃窜”；
主阵地：柳林镇内的房屋被改造成“射击堡”（墙身凿射击孔），四门后膛炮隐藏在镇口的戏台后；
侧翼：侦察骑兵连绕至柳林镇西侧，准备在敌军进入镇内后，切断其退路。
李际遇看到“溃败的复国军”，果然中计，立刻下令：“追！拿下复国军溃兵，直奔徐州！” 四千绿营兵一窝蜂地冲进柳林镇，刚到镇中心，戏台后的后膛炮就开火了——炮弹炸毁了镇口的牌坊，堵住了清军的退路；镇内房屋的射击孔里，步枪子弹密集射出，绿营兵被打得晕头转向，只能躲在墙角瑟瑟发抖。
“撤退！快撤退！” 李际遇这时才知中计，可镇口已被封锁，侧翼又传来骑兵的冲杀声。复国军士兵从房屋里冲出，与绿营兵展开巷战——绿营兵本就不善近战，加上士气崩溃，要么投降，要么被击毙。不到两个时辰，四千河南援军就被歼灭，李际遇在逃跑时被骑兵生擒，仅百余残兵侥幸逃脱。
两支援军被歼的消息，通过复国军的“喊话兵”（用铁皮喇叭向城头喊话）传到了徐州城内。刘泽清在城头听到“王承胤、李际遇被生擒，援军全灭”的消息，腿一软差点从城垛上摔下去——他最后的希望，彻底破灭了。
城墙上的清军士兵，听到消息后更是军心大乱。有个士兵放下火铳，对身边的同伴说：“援军都没了，我们还守什么？复国军说了，投降不杀，还能回家种地……” 话音刚落，就有十几个士兵扔掉武器，顺着城墙的排水口爬下去，向复国军阵地跑去。
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