Podczas marszu na Jarosław Karol X Gustaw skierował na Przemyśl trzy regimenty rajtarów pod dowództwem pułkownika Petera Hammerskjölda. Następnie wsparto go regimentami Gorgasa i Ascheberga oraz dwoma pułkami polskimi Zbrożka i Kalińskiego. W mieście i na zamku stacjonowało 400 ludzi załogi. 8 marca Szwedzi bez przeszkód podeszli wzdłuż prawego brzegu Sanu pod Przemyśl i rozbili u jego bram dwie chorągwie pospolitego ruszenia ziemi przemyskiej wraz z grupą partyzanckich chłopów. Jednak próba zdobycia miasta z marszu przez wołoską chorągiew Kalińskiego, skończyła się niepowodzeniem. Nie udało się również Szwedom przekonać obleganych do kapitulacji przeprowadzając demonstracje wszystkich sił ustawionych w szyku bojowym. 9 marca atakujący zaproponowali znowu kapitulację, na którą otrzymali odpowiedź odmowną, a jednocześnie rozpuścili wieści, że pod Przemyśl zmierza sam król szwedzki. Oblężeni odparli również atak na Bramę Lwowską, a wycieczka dragonów Jana Tetwina i mieszczan zdobyła kilka działek. Wieczorem Szwedzi podjęli próbę ataku od zachodu, miało to przekonać obrońców, że nadeszły posiłki z Jarosławia. Zaatakowali również po lodzie z obsadzonego uprzednio, a spalonego przez obrońców 4 marca, klasztoru Benedyktynek na Zasaniu. Oba ataki zostały przez obrońców odparte.
10 marca nastąpiło przemieszczenie oddziałów szwedzkich, co miało utwierdzić obleganych o przybyciu Karola X Gustawa. Licząc tym razem na sukces jaszcze raz zaproponowali kapitulację, którą obrońcy odrzucili. Następnego dnia obrońcy dokonali udanego wypadu od strony Bramy Lwowskiej zmuszając rajtarów do ucieczki. 12 marca Szwedzi upozorowali odwrót w kierunku Jarosławia, myśląc że załoga Przemyśla da się nabrać na ten podstęp. Jednak obrońcy domyślili się fortelu i około południa 60 ciu ochotników urządziło wycieczkę za mury, rozbijając straże szwedzkie koło klasztoru Karmelitów. Jednocześnie druga grupa atakująca od Bramy Lwowskiej zdołała złapać dwóch jeńców. 13 marca najeźdźcy ponownie upozorowali odejście, jednocześnie atakując miasto od strony wschodniej. Stracili 15 zabitych i ponownie nic nie wskórali. W ten sam dzień nadeszły również informacje, że nadciągają z odsieczą siły Czarnieckiego i Lubomirskiego. Szwedzi natomiast otrzymali posiłki w postaci trzech regimentów piechoty feldmarszałka Duglasa. Jednak wobec nadciągającej odsieczy podjęto decyzję o odwrocie i nocą z 13 na 14 marca całość wojska ruszyła na północ w stronę Jarosławia. Następnego dnia pod miastem zjawiły się oddziały Czarnieckiego.