仍暗中将西军的动向告知家康。9月1日高次与西军主力一同出发，次日到达越前国东野，在琵琶湖畔海津乘船潜返大津，9月3日募集城兵及兵粮，立即向德川家重臣井伊直政告知倒向东军的消息。此事同时被大坂方得知，附近经过逢坂关的西军部队立即在毛利元康（西军总大将毛利辉元的叔父）的指挥下围攻大津城。不久后西军的立花宗茂也率军加入围攻。11日夜晚，家臣山田大炊及赤尾伊豆守夜袭得到战果，不过，12日城墙沟被填埋，13日受到总攻击，高次自己也应战而受到长枪击伤，三丸、二丸陆续陷落。高次率军苦战十余天，在14日拒绝西军的劝降，