Между тем в Пирей прибыли подкрепления, посланные Митридатом. Обладая господством на море, царь мог беспрепятственно посылать осажденным войска. Прикинув, что перевес римлян в численности теперь сведен на нет, Архелай решил дать Сулле решающее сражение, и вывел свои войска за стены. Но при построении боевых порядков он отошел от обычного шаблона, а поставил их так, что отряды тяжелой пехоты стояли вперемешку с мобильными войсками — лучниками, пращниками, метателями дротиков. Мало того, свои шеренги он развернул так, что они находились под прикрытием стен, с которых стрелки могли поражать вражескую пехоту, сами оставаясь неуязвимыми. Отряд воинов с факелами встал у ворот, чтобы в случае успеха пойти в атаку и уничтожить вражеские осадные сооружения. Бой разгорелся сразу по всему фронту и шел с переменным успехом. Архелай лично вел бойцов в атаку, и в итоге ему удалось потеснить римлян. Между тем к Сулле подошло подкрепление, вернулся легион, который он перед сражением неосмотрительно отправил на заготовку леса, и теперь уже в наступление перешли легионеры. Бой продолжался еще довольно долго, стратег с отборным отрядом прикрыл отход своих войск в Пирей и, увлекшись рукопашной, оказался отрезан от ворот: своего командующего понтийцы потом затаскивали на стену по веревке. Сражение закончилось для обеих сторон безрезультатно, поставленных целей никто не достиг, и стало очевидно, что осада затянется надолго. Историк Аппиан потери армии Митридата определяет в 2000 человек, а вот о римских потерях скромно умалчивает, но уж лучше так, чем приводить разные смешные цифры, как это делали его предшественники.
Осада затянулась, наступила зима, и Сулла свою ставку перенес в Элевсин — город на западе Аттики, в 22 км от современных Афин. Желая обезопасить свои войска от рейдов понтийской кавалерии, которые немало ему досаждали, проконсул велел копать своим легионерам ров от возвышенности к морю, он надеялся этим лишить вражеских кавалеристов свободы маневра. Но работа не задалась, так как Архелай ввел в бой свои легковооруженные войска, и римляне теперь постоянно подвергались атакам, теряя людей под градом метательных снарядов и стрел. Однако ситуация для понтийцев осложнялась тем, что в осажденных Афинах начался голод, а продовольствие им требовалось доставить любой ценой — и Архелай решил попытать счастья. Но римские шпионы не дремали, и Луций Корнелий снова все узнал, попытка закончилась разгромом отряда, который нес хлебный запас в город. Но на этом неудачи понтийцев не закончились, поскольку в районе Халкиды потерпел поражение отряд Неоптолема, и все это в совокупности подвигло Суллу к решительным действиям: он спланировал ночную атаку на Пирей.
