Город и крепость были полны этих лучников, засевших на каждой террасе. За рекой находились инки с пращами. «Таким образом, инки вели с ними бой с трех сторон: с горного склона, с другого берега реки и со стороны города… Инка находился в самой крепости вместе с множеством хорошо вооруженных воинов». «Против нас они собрали такое количество людей, что они не могли поместиться на склонах гор и на равнинах». Наверх к крепости вела одна-единственная лестница. Ворота у ее подножия были заложены каменной кладкой так, что индеец мог пролезть через них только на четвереньках. Два конкистадора старшего возраста смело выехали вперед на своих лошадях к стенам города, но «было удивительно видеть, как на них обрушился поток стрел, когда они повернули назад, и слышать воинственные крики индейцев». Другая группа всадников попыталась атаковать террасы внизу цитадели. Но защитники «сбросили на нас столько булыжников и пустили в нас столько камней из пращей, что даже если бы нас, испанцев, было гораздо больше, мы все были бы убиты». Один из камней сломал круп головной лошади. Она перевернулась и, лягаясь, пятясь назад и падая, раскидала всех лошадей, которые следовали за ней. Эрнандо Писарро предпринял попытку послать отряд пехотинцев захватить высоты над крепостью, но европейцы были отброшены назад градом камней. Пока испанцы пребывали в нерешительности, индейцы напали на них. Они ринулись на равнину с «такими громкими криками, что казалось, будто осыпается гора. Со всех сторон вдруг появилось столько людей, что каждый видимый отрезок стены оказался заполненным индейцами. Враг вступил в яростную борьбу с [людьми Писарро], которая была с обеих сторон беспощадной, как никогда». У индейцев появилось много испанского оружия, и они учились эффективно применять его. «Свирепый вид некоторых из них с кастильскими мечами и щитами в руках, с испанскими шлемами на головах производил большое впечатление. Один из индейцев, вооруженный таким образом, осмелился напасть на всадника, чтобы заслужить славу героя, и пал от удара копьем. Сам Инка появился среди своих воинов верхом на коне с копьем в руке, управляя своей армией». Индейцы даже попытались применить захваченные аркебузы, порох для которых приготовили взятые в плен испанцы. И здесь Манко применил другое свое секретное оружие. Незаметно для испанцев инкские инженеры отвели воды реки Патаканчи по заранее подготовленным каналам, чтобы они затопили равнину. Вскоре испанские кавалеристы обнаружили, что вокруг них поднимается вода, которая в конечном итоге достигла подпруг их коней. «Почва так размокла, что лошади не могли участвовать в бою». «Эрнандо Писарро понял, что невозможно взять этот город, и приказал отступить».

Спустилась ночь, и испанцы попытались ускользнуть под покровом темноты, оставив свои палатки у подножия Ольянтайтамбо. Но колонна всадников была замечена, «и индейцы налетели на них с оглушительными криками, „…“ хватая лошадей за хвосты». «Они с яростью напали на нас на речной переправе с горящими факелами в руках… У этих индейцев есть одна особенность: если они побеждают, то становятся прямо демонами, но если же они бегут, то похожи на мокрых куриц. А так как в этот момент они одерживали победу, то при виде нашего отступления они пустились нас преследовать с большим воодушевлением». Индейцы насыпали на дорогу колючих стеблей агавы, которые травмировали лошадей. Но испанцы все же сумели выбраться той ночью из долины Юкай и на следующий день с боями проложили себе дорогу назад в Куско. Титу Куси писал, что индейцы смеялись от души над неудачей испанцев, и испанцы знали, что поражение такой крупной экспедиции подняло боевой дух индейцев. «Инка чрезвычайно огорчился, что Эрнандо Писарро уехал, так как был уверен, что промедли он еще один день, и ни одному испанцу не удалось бы скрыться. По правде говоря, всякий, кто видел, как выглядит эта крепость, ничему другому и не поверил бы, „…“ так как „…“ в таких случаях, когда кони не могут вступить в бой, индейцы — самые деятельные люди в мире».

Индейцы явились причиной неожиданного подъема боевого духа испанцев, осажденных в Куско. Спасательные экспедиции, посланные Франсиско Писарро, везли донесения и письма. Они были доставлены Манко, который собирался сжечь их. Но в лагере Инки находился один хитрый испанец, который предложил использовать эти письма более эффективно: их следует порвать и доставить осажденным, чтобы показать им, какая судьба постигла их соотечественников. С этой целью группа индейцев появилась на вершине холма Карменка утром 8 сентября. Эрнандо Писарро вместе с другими всадниками тут же выехали за ними в горы в погоню. На обратном пути они обнаружили, что индейцы оставили два мешка, в которых находились высушенные головы шестерых испанцев и разорванные остатки тысячи писем. Манко не сумел оценить всю важность письменных средств связи. Появление этих писем — пусть даже и таким жутким образом — чрезвычайно воодушевило осажденных. Они узнали, что испанцы все еще удерживали Лиму и пытались оказать им помощь. Они также узнали из одного письма, «почти целого, от нашей государыни императрицы», что Карл V одержал победу над неверными в Тунисе. Алонсо Энрикес де Гусман получил личное письмо от Франсиско Писарро, датированное 4 мая, в котором старый губернатор признавался: восстание Инки «вызвало во мне большую озабоченность и по причине ущерба, „…“ который оно нанесет службе императору, и из-за опасности, в которой вы оказались, и из-за всех неприятностей, которые оно навлечет на меня в моем немолодом возрасте». Получение этих писем положило конец всяким попыткам наладить связь с побережьем. Испанцы в Куско могли только надеяться, что их соотечественники переживут мятеж и, в конце концов, придут к ним на помощь.

Инка Манко, воодушевленный поражением испанцев под Ольянтайтамбо, попытался вновь собрать армию, которая почти захватила Куско четырьмя месяцами раньше. Крестьяне, которые тогда вернулись в свои деревни, были снова призваны на службу, чтобы предпринять новое нападение на город до начала сезона дождей. К этому времени испанцы уже наладили свою жизнь в разрушенном и опустошенном городе. Они починили крыши некоторых домов, заменив соломенные крыши менее горючими плоскими крышами из торфа и деревянных балок. Когда осада достигла своего пика, они держали своих коней постоянно оседланными и взнузданными, и каждый испанец выходил каждую ночь в дозор. Теперь же осажденные несли караульную службу через ночь и знали, что им нужно опасаться ночных нападений только в полнолуние, так как в новолуние индейцы были заняты религиозными церемониями. Наиболее остро для осажденных стояла проблема продовольствия. «Самым большим испытанием, пережитым христианами, был невероятный голод, от которого некоторые умерли. Ибо индейцы предусмотрительно сожгли все здания, в которых содержались продовольственные припасы». Эрнандо Писарро удалось собрать небольшой урожай кукурузы, посаженной индейцами в нескольких милях к северо-западу от Куско. Отряды кавалерии сопровождали колонны индейцев-союзников, которые несли кукурузу в город и отражали нападения воинов армии Манко, пытавшихся помешать проведению этой операции. Но этой кукурузы было недостаточно. Могли пройти месяцы, прежде чем с побережья пришло бы спасение, и испанцы, не имевшие возможности заниматься интенсивным земледелием, срочно нуждались в продовольствии, чтобы избежать голодной смерти в этот период. Когда осада закончилась, испанские власти опросили «кипу-камайоков» (инкских счетоводов). Они сообщили, что некоторые крупные военачальники инков переходили на сторону испанцев вместе с большими отрядами воинов. Среди них был Паскак, двоюродный брат и враг Манко, которого Эрнандо Писарро назвал «предводителем индейцев», который был с ним во время обороны Куско. От этих предателей испанцам стало известно, что «люди Инки Манко доставили свыше тысячи голов скота, кукурузу и другое продовольствие» и что все это находилось недалеко от Куско. Эрнандо Писарро немедленно послал Габриэля де Рохаса с 70 всадниками захватить этих лам, совершив набег на район Канчас по дороге в колья-суйю. Педро Писарро написал об этом набеге: «Мы поехали и оставались там двадцать пять или тридцать дней; мы согнали почти 2 тысячи голов скота [лам] и вернулись с ними в Куско, ни разу не попав в серьезную переделку». Захват продовольствия придал мужества осажденным. Эрнандо Писарро немедленно отправил еще одну — на этот раз шестидневную — грабительскую и карательную экспедицию в кунти-суйю, на юго-запад от Куско. Ее целью было отомстить за убийства Симона Суареса и других энкомендеро в начале восстания. «Но мы не смогли поймать никого, на кого мы могли бы обрушить наказание. Поэтому мы забрали продовольствие и вернулись».