1685年7月10日，托尔布津带着残部回到尼布楚城堡。此后不久，本该日夜兼程支援雅克萨，却因一路上忙着胡作非为而迁延不进的拜顿军团600人携带10门火炮、220发实心铁炮弹和大量火药也来到尼布楚。
于是，“兵强马壮”的尼布楚督军弗拉索夫做出了重新进占雅克萨的决定。7月15日，托尔布津秉承上级意愿，派遣一名叫帖利金的五十人长，率侦察兵70人潜回黑龙江。
第一次雅克萨之战
8月7日，这支侦察小分队回到尼布楚并带回了重要情报：雅克萨附近一个中国人也没有看到。虽然城堡被焚毁，但是城外庄稼地里的粮食全部留下来了。
战前康熙皇帝曾一直强调，要把雅克萨城外俄国人的粮食全部收割运走，结果一直没能到手下臣属的执行。又惊又喜的托尔布津随即和拜顿带领671名哥萨克从尼布楚出发。
于8月27日重新回到雅克萨后，他们构筑了临时工事，开始在严密的警戒下，收割田里的庄稼，随时准备采取预防措施，以防清军突然袭击。
一个月后的9月25日，他们又开始在被焚毁的城堡旧址上建新城堡，但是到了10月就不得不中断了工程。因为严寒已经来临，直至春季才可复工。同时，工具不足造成了极大的窝工现象。
无奈之下，托尔布津只好命人从尼布楚运来了铁(那里用手炉炼铁)，自行动手打造工具。到第二年春天，工程终于结束了。
在原来俄国城堡的旧址上，耸立起一座合乎当时欧洲工程技术规则的城堡。城堡四面围以底宽4俄丈、高3俄丈的土墙。土墙系草土、黏土和植物根修成，奇厚无比，坚固异常，四面都筑有四棱突出形式的炮垒。
欧式棱堡
围绕土墙掘有壕沟。此外，在陆地一侧，还竖起一道直抵江边的木栅。堡内修建了粮仓、火药库、军需仓库和近10所居民住房。
这座新城堡的设计出自拜顿的手笔。特别要指出的是，虽然这座城堡带有欧式元素，但却不是当时欧洲军事上常见的棱堡。
在火药时代之前，要塞的城端通常筑得很高大，并且用石或者砖进行加固，还设置了一些塔楼或者马面来获得额外的火力输出。如果有什么不同的话，就是一些待别坚固的城市拥有不止一道城墙。
而棱堡则显得低矮厚实，更重视火力打击的发扬和防御。到了17世纪后期，法国著名军事家沃邦元帅将棱堡的设计和建造推向了一个新的高度。
虽然雅克萨这座城堡的防御功能和西方那种棱堡无法相提并论，充其量只能算作类棱堡工事，但在接下来的战斗中，它还是给清军的进攻造成了很大的麻烦。
清军
至于清廷方面，尽管早就有边民向黑龙江将军禀告，俄国人已经重返雅克萨，然而由于种种原因，这一重要军情一直未能“上达天听”。
直到1686年(清康熙二十五年)2月11日，黑龙江将军萨布素在康熙帝的传旨追问下才发出“鄂罗斯复来城雅克萨地”的上奏。
3月，一支正在呼玛河畔巡逻的清军小部队，与正在顺流而下准备去征收实物税的300名哥萨克交上了火。40名连弓箭都没带的清军士兵战死了30人，一人被俘，剩余9人则被迫逃跑。
得到奏报，顿感被耍了的康熙皇帝于盛怒之下，颁布诏书命令萨布素即刻领兵前往消灭这伙言而无信、卷土重来的俄国人。同时他还传谕外蒙喀尔喀部，令他们召集人马骚扰牵制尼布楚方向的俄国人，使他们不能增援雅克萨。
1686年6月底，经过为期三个月的准备，黑龙江将军萨布素率领2200名清军，携带火炮21门，水陆并进。7月初，大军进抵雅克萨城。
尽管有“谙习地形”的郎坦等人在军前参赞军务，但是萨布素明白，自己手上这支部队和之前彭春所部相比，在兵力和火力上都打了折扣，要想强攻拿下眼前这座布局奇异的土木结构城堡，恐怕不是那么容易的事情。
哥萨克
此时，雅克萨城堡里集结的哥萨克是清一色的战斗人员，数量为826人，拥有大小火炮12门。俄国人除了火绳枪100杆，还有新式燧发枪750杆、140颗炸弹和其他军需物品，以及足够维持一年的粮食，又有军事经验丰富的拜顿在辅佐指挥，显然不是上次那座木城那么好对付的了。
7月7日，在岸上火炮和黑龙江水师炮火的掩护下，清军开始进攻雅克萨城堡。此后，攻城作战一直持续了一个多月，清军的将军炮攻坚能力不足的缺陷终于暴露出来。
雅克萨城堡坚厚的城墙有效地抵挡住了清军猛烈的炮火。到了8月份，萨布素见久攻不下，便决定改变战术。清军在雅克萨城俄人炮火射程之外的地势较高处，围绕城堡筑起一整套土墙系统，从陆地方面围成三个半圆形紧压上去。
围墙上设有炮位，为掩护炮位，又修筑起一道木墙，木墙后面堆满了潮湿的木材。在黑龙江上一座毗邻雅克萨的岛屿上，清军完全按工事建筑规程修建起一座高大且有堑壕防护的炮台。
几门安置在炮台上的臼炮居高临下，和陆上土墙上的炮群一起以极其猛烈的火力轰击城堡内。类似的围城战术在当年和明朝争夺辽东各要塞的攻坚战中已经被清军所采用，对于清军而言，如今算是把当年曾经施之于明军的战术重演一回。
类棱堡的雅克萨及清军围城工事
就这样，雅克萨之战进入了持久战阶段，在清军的优势兵力面前，俄国人选择了坚守不出。9月，托尔布津丧命于清军的炮击，随后雅克萨城内的粮仓被游弋在城西江面的黑龙江水师炮火击中，大量粮食未来得及转移到地窖就被焚毁。
俄国人在拜顿的指挥下继续顽抗。拜顿组织俄军进行了几次突围，使用炸弹炸掉了一些清军的工事，但是，最终都被压回城堡中。
另一方面，尼布楚方面派出的100多名援军则由于蒙古喀尔喀部的袭扰而不得不停止前进。战事进行到这一年11月，严寒已至，雅克萨棱堡内的826名俄国人因战斗伤亡和疾病减员只剩下150多人，粮食和弹药都已经告罄。
反观清军的情况也不容乐观，部队中的南方军士因为受不了北国的严寒而病倒不少，当然和俄国人相比，至少清军不缺乏粮食和弹药。战场上的双方仍在咬牙相持着，看看谁先倒下。
11月下旬，北京方面传来了康熙撤围雅克萨的指示。于是清军停止了对俄国人的敌对军事行动，从1686年7月到11月的第二次雅克萨之战就此结束。
虽然清军没能最终攻下雅克萨棱堡，但通过长期围困的方式使敌人大量减员失去战斗力，也算是不小的胜利。双方停战后，萨布素曾经派出军医携带药品去给城内的俄国人治病。
然而，拜顿也很有骨气，反而给萨布素寄去了几公斤重的烤饼表示不需要帮助。不过之后的日子里，又有大量俄国人因感染疾病不治而死。
围城作战示意图
1687年(清康熙二十六年)5月，清军解除了对雅克萨的封锁。但是这次萨布素多了个心眼，依然在距离该地10公里左右的查尔丹屯附近，驻扎大军警戒。
要是俄国人再有什么异动，清军就重新开战。这种戒严状态一直持续到《尼布楚条约》签订之后才终止。
迫使清朝跟俄罗斯在战争打得正激烈的时候，却忽然决定坐下来好好谈一谈的原因，是这两个国家的西边都有个不安分的邻居：
康熙皇帝要防止准噶尔部趁着清朝跟俄国人角力正酣之时，在背后捅刀子；俄国的实际掌权者索菲娅公主则准备和奥斯曼土耳其争夺黑海出海口。
最终，为了避免两线作战，两个强权都做出了“舍东保西”的明智决策。索菲娅公主首先服软，以斯捷潘·柯罗文为首的俄国使团于1686年11月19日到达北京。
柯罗文向康照转达了沙皇的问候，并表示愿意通过和谈解决边界争端等问题。1689年(清康熙二十八年)8月22日，因种种原因而拖延的中俄谈判终于在尼布楚举行。
中方代表赫舍里·索额图和俄方代表费多尔·戈洛文正式会晤，两国大臣都各自带了1500多人的部队赴会，一旦谈不找就开打。
中俄尼布楚谈判
经过将近半个月的唇枪舌剑，最后，在军事斗争失败的现实面前，俄国人不得不妥协，当然清朝也做出了一定的让步，承认了沙俄对尼布楚等地领有主权的事实。
9月7日，《尼布楚条约》签订。条约签订以后，拜顿带着剩下的66名哥萨克在清军士兵的监控下离开雅克萨回国。随着他们的离去，这场中俄两国围绕黑龙江地区归属的争夺战也暂时告一段落。
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