武田观柳斋率领独立旅主力及十门克虏伯野战炮，迅速进抵松前城下。
松前藩总兵力仅五六百人，多为使用旧式燧发枪的藩兵，城墙亦是传统土木结构，仅局部用石料加固。
面对兵临城下的数千近代化军队和黑洞洞的炮口，守军士气已然动摇。
武田观柳斋并未立即下令总攻。他先命令部队在城外安全距离完成合围与布阵，随后派遣一名军官，手持以北海国陆军司令部名义发出的文书，前往松前城下。
军官在箭矢与旧式铁炮射程之外停下，向城头守军喊话，要求面见松前藩主或最高负责人，递交重要文书。
得到允许后，军官被引至城门处，文书由吊篮提上城楼，转呈至松前德广手中。
松前德广在评定间召集主要家臣，出示了这份通牒，短暂沉默后，他看向首席家老堀对马，道：“如何回复？”
堀对马面色凝重，但语气坚定：“主公大人，事已至此，更无回头路。
开城投降，纵保一时性命，然叛逆之污名永世难洗，且生死操于他人之手。
我藩既已誓忠朝廷，唯有坚持到底。”
松前德广闭目片刻，再睁开时，眼中已无犹豫。
他沉声道：“吾意已决，回复来使，吾松前氏受朝廷恩典，世为北疆屏藩，今日逆贼压境，唯有恪守臣节，与城共存亡。
武士可杀不可辱，岂有向乱臣贼子屈膝求生之理？不必多言，战场上见吧。”
随后，松前德广亲自执笔写下简短回绝书，内容大致为：“忠义所在，不敢从贼，愿以孤城朽兵，领教贵军锋镝。”
回绝书被交还给城下的军使。
军官将回绝书带回本阵，呈交武田观柳斋。
武田展信看过，面色如常，只是对左右军官平淡说道：“既如此，便按计划准备进攻。”
次日清晨，武田下令炮兵阵地前移，对松前城的城门、橹楼及几段明显薄弱的城墙进行定点炮击。
克虏伯火炮的射程与精度远非守军所能及，炮弹接连命中目标，木石结构的城防在爆炸中崩裂、起火。
一轮持续约半小时的炮击后，南门楼完全坍塌，附近一段城墙出现巨大缺口，守军死伤惨重，残余士兵陷入恐慌。
炮击刚停，武田便下令早已待命的步兵发起冲锋。
独立旅士兵以散兵线快速接近城墙缺口，用夏普斯步枪向残存守军进行密集射击，压制其反抗。
几乎没有遭遇成规模的抵抗，先头部队便顺利突入城内。
部分松前藩武士试图在城内街道组织玉碎反击，但在绝对优势的火力和兵力面前很快被击溃或包围。
战斗从破城到基本控制全城，仅用了不到两个时辰。
松前德广见大势已去，为避免全城遭到更惨重的杀戮，在少数近侍护卫下走出本丸，向武田观柳斋正式请降。
武田接受了投降，命令松前藩兵全部解除武装，集中看管。
他随即派遣快马，将攻克松前城的捷报送回箱馆。
数日后，柳生十兵卫在少量护卫陪同下抵达松前城。
他巡视了城内外，接收了松前藩的库藏金银、账册以及部分有价值的物资。
松前德广及其家臣、眷属被集中看押，随后被分批押送往箱馆，等待进一步处置。
在破损的松前城天守阁遗址前，柳生对陪同的武田观柳斋吩咐道：“松前城的位置很重要，正对津轻海峡，这里不能再用作普通藩主的居城了。”
他指向不远处的台场：“连同那边弁天崎原有的台场炮台一起，要把整个松前半岛，尤其是这个城址和沿海要地，彻底改造、建设成一座坚固的军事要塞。
要修筑永久性炮台、地下弹药库、兵营、瞭望哨和通信所。