ב-10 בנובמבר הגיעו לקוויבק 200 חיילי רגימנט הרגלים ה-1 של ההיילנדרים (Royal Highland Emigrants; רגימנט שהורכב ממהגרים סקוטים תושבי קנדה) בפיקודו של לוטננט קולונל אלן מאקלין. בזמן שהיו מעורבים בניסיון להסיר את המצור מפורט סיינט-ז'אן, יירטו אנשיו של מאקלין שדר מארנולד למונטגומרי. מאקלין, שעמד על הסכנה המיידית הנשקפת לעיר, הצעיד את הרגימנט במהירות לעבר קוויבק. הגעתו של הרגימנט סייעה בהרמת מוראל המיליציה בעיר ומאקלין נטל את הפיקוד על הגנתה.
קרלטון מגיע לקוויבק.
זמן קצר לפני נפילתה של פורט סיינט-ז'אן, נטש קרלטון את מונטריאול וחזר לקוויבק על גבי ספינה, בעודו חומק בקושי מנפילה בשבי, ועם הגעתו לעיר ב-19 בנובמבר לקח לידיו את הפיקוד. שלושה ימים לאחר מכן הודיע קרלטון שכל תושב כשיר-בגופו שלא יתנדב למיליציה יוכרז כמרגל או מורד, ויטופל בהתאם. לאנשים שסירבו ניתנה ארכה של ארבעה ימים לעזוב את העיר. כתוצאה מכך, הצטרפו כ-500 תושבים נוספים (כולל 200 בריטים ו-300 קנדים) להגנת העיר.
קרלטון החל לטפל בנקודות התורפה של ביצורי העיר: הוא הורה על הקמת שני מתרסים וחומה מבולי עץ לאורך גדתו הצפונית של נהר הסנט לורנס בשטח המטווח על ידי תותחיו, חילק את הכוחות בעמדות לאורך החומה ובחלקה הפנימי של העיר ודאג לכך שיחידות המיליציה יהיו תחת מנהיגות חזקה.
הגעתו של ארנולד.
האנשים אותם בחר ארנולד למסע היו מתנדבים ששירתו בפלוגות מניו אינגלנד במהלך המצור על בוסטון. הם אורגנו בשני גדודים, כאשר גדוד שלישי הורכב מרובאים מפנסילבניה ומוירג'יניה בפיקודו של לוטננט קולונל דניאל מורגן. המסע דרך שטחי הפרא של מיין היה מייגע, תחת תנאים קשים של קור ורטיבות וארך זמן רב מכפי שציפו ארנולד ו-וושינגטון. מזג האוויר הקשה הרס סירות וקלקל חלק גדול מהצידה, וכ-500 מתוך 1,100 האנשים שיצאו מתו או נטשו במהלך המסע. אלה שנטשו, בהם אחד הגדודים מניו אינגלנד, נטלו עימם חלק ניכר ממנות המזון. האנשים שהמשיכו במסע היו קרובים למוות ברעב בזמן שהגיעו ליישוב הצרפתי הראשון בתחילת נובמבר.
ב-9 בנובמבר הגיעו 600 הניצולים מהמסע מבוסטון לקוויבק אל פואנט־לוִי, כפר השוכן על הגדה הדרומית של נהר הסנט לורנס ומנגד לקוויבק סיטי. על אף מצבם של חייליו, החל ארנולד לארגן מיד סירות כדי לצלוח את הנהר. חציית הנהר שהייתה אמורה להתבצע בליל ה-10 בנובמבר נדחתה בשלושה ימים בשל סערה. לאחר שעברו את הסנט לורנס, ערך ארנולד את חייליו במישורי אברהם (Plains of Abraham), כשני קילומטרים מערבית לחומות קוויבק סיטי.
הכוחות שהגיעו לקוויבק סיטי סבלו ממחסור חמור בציוד: לארנולד לא הייתה ארטילריה, כל אחד מאנשיו נשא עמו תחמושת שהספיקה לחמישה מטחי-אש בלבד, יותר מ-100 מוסקטים היו בלתי שמישים ובמהלך המסע הפכו בגדיהם של החיילים לבלויי-סחבות. על אף שהיה בנחיתות מספרית של שניים לאחד דרש ארנולד את כניעתה של העיר, אולם על שני הנציגים ששלח אל העיר נפתחה אש מתותחי הבריטים, לאות כי הדרישה נדחתה. ארנולד הבין כי אינו מסוגל לכבוש את העיר בכוח, ולכן סגר את דרכי הגישה אליה מצידה המערבי. ב-18 בנובמבר הגיעה אל האמריקנים שמועה (כוזבת), כי הבריטים מתכננים לתקוף אותם בכוח של 800 איש. לאחר הערכת מצב, הוחלט על ידי האמריקנים כי אין זה אפשרי לקיים את ההסגר, וארנולד העביר את אנשיו 32 קילומטרים במעלה הנהר אל הכפר פואנט־או־טרמבל (Pointe-aux-Trembles), שם המתין למונטגומרי, שזה עתה כבש את מונטריאול.
הגעתו של מונטגומרי.
ב-1 בדצמבר הגיע מונטגומרי אל פואנט־או־טרמבל. כוחותיו כללו כ-300 חיילים סדירים מהרגימנטים ה-1, ה-2 וה-3 מניו יורק, פלוגת ארטילריה בפיקודו של ג'ון לם, כ-200 אנשים שגייס ג'יימס ליווינגסטון מקרב תושבי הסביבה שיצרו את הרגימנט הקנדי ה-1, וכ-160 אנשים נוספים בפיקודו של ג'ייקובּ בראון, שכונסו יחדיו משרידי רגימנטים שפוזרו בשל פקיעת חוזי השירות של אנשיהם. כוח זה חוזק לאחר כמה ימים על ידי מספר פלוגות שנשלחו על ידי מייג'ור גנרל דייוויד ווסטר (David Wooster), אותו השאיר מונטגומרי בפיקוד על מונטריאול. הארטילריה של מונטגומרי הורכבה מארבעה תותחים ושש מרגמות, והוא הביא עמו גם ציוד ובגדים לחייליו של ארנולד, שהושגו מספינות בריטיות בשעה שניסו להימלט ממונטריאול ונלכדו.
שני המפקדים פנו במהירות לכיוון קוויבק סיטי, והטילו מצור על העיר ב-6 בדצמבר. מונטגומרי העביר מכתב אישי לקרלטון בו דרש את כניעתו, אך האחרון דחה את הדרישה ושרף את המכתב מבלי שקרא אותו. מונטגומרי ניסה בשנית עשרה ימים מאוחר יותר עם אותה תוצאה. הצרים המשיכו להעביר מסרים לעיר, שנועדו בעיקר לאוכלוסייה האזרחית, בהם תיארו את המצב כחסר תקווה, והציעו שיפור ניכר במצבם אם יתקוממו לצד האמריקנים.
ב-10 בדצמבר פרסו האמריקנים את סוללת התותחים שלהם במרחק של כ-640 מטרים מחומות העיר. האדמה הקפואה מנעה חפירת תעלות, אך האמריקנים אלתרו חומה עשויית לבני שלג. בסוללה נעשה שימוש להפגזת העיר, אך לנזק שנגרם היו תוצאות מועטות. מונטגומרי הבין כי הוא נמצא במצב קשה מאוד, היות שהאדמה הקפואה מנעה התחפרות וחסרו לו תותחים כבדים כדי לפרוץ את חומת העיר, תוקף חוזי השירות של אנשיו של ארנולד עמד לפוג בתחילת השנה הבאה ותחמושת חדשה לא הגיעה מהמושבות. בנוסף, היה סביר ביותר כי תגבורות בריטיות יגיעו אל העיר באביב, ופירוש הדבר היה שעליו לפעול עכשיו או לסגת. מונטגומרי האמין שהסיכוי היחיד שלו לכבוש את העיר יקרה בלילה בחסות סופת שלגים, אז יוכלו אנשיו לטפס על החומות בהסתר.
בזמן שתכנן את ההתקפה על העיר, ביקר את מונטגומרי תושב מקומי ממוצא צרפתי בשם כריסטוף פליסייה, שתמך באמריקנים והפעיל בית יציקה למוצרים מברזל. השניים דנו באפשרות לערוך ועידה אזורית שתבחר מתוכה נציגים לקונגרס. פליסייה המליץ להמתין עד לכיבוש קוויבק סיטי, כדי שתושבי האזור יחושו ביטחון לפעול בכיוון זה. עם זאת, הוסכם כי בית היציקה יספק תחמושת לתותחים במהלך המצור. פליסייה קיים את ההסכם עד לנסיגת האמריקנים במאי 1776, אז נמלט עימם ובסופו של דבר שב לצרפת.
סופת שלגים החלה בליל ה-27 בדצמבר ומוטגומרי התכונן להוציא לפועל את תוכניתו, אך הסופה שככה במהרה וההתקפה נדחתה. באותו לילה ערק סמל מרוד איילנד לצד הבריטי, כשהוא נושא עמו את תוכנית ההתקפה. עקב כך ערך מונטגומרי תוכנית חדשה: שתי התקפות הסחה יבוצעו על ידי אנשיהם של ליווינגסטון ובראון כנגד החומה המערבית של העיר העליונה, בזמן ששתי התקפות עיקריות ינוהלו בו זמנית כנגד העיר התחתית. ארנולד יתקוף את חלקה הצפוני ומונטגומרי ינוע לאורך הסנט לורנס ויתקוף את חלקה הדרומי. שני הכוחות ייפגשו בעיר התחתית ויערכו התקפה משולבת על העיר העליונה באמצעות טיפוס על חומותיה. התוכנית החדשה נחשפה בפני הקצינים הבכירים בלבד.
מהלך הקרב.
סערה פרצה ב-30 בדצמבר, ומונטגומרי פקד שוב על היערכות להתקפה. בראון וליווינגסטון הובילו את כוחותיהם לעמדות שנקבעו באותו הלילה מול העיר העליונה: בראון מול מצודת קייפ דיאמונד ובראון מחוץ לשער סיינט-ג'ון. כאשר הגיע בראון לעמדתו, בין ארבע לחמש בבוקר, הוא שיגר רקטה על מנת לסמן לשאר הכוחות ויחד עם אנשיו של ליווינגסטון החל לירות לעבר עמדות הבריטים. מונטגומרי וארנולד, אשר הבחינו באיתות, נעו בראש אנשיהם לעבר העיר התחתית.
מונטגומרי תוקף.
מונטגומרי הוביל את אנשיו במדרון תלול ומכוסה שלג לעבר הביצורים החיצוניים. הסערה התעצמה והפכה לסופת שלג, מה שהקשה על ההתקדמות. אנשיו של מונטגומרי הגיעו אל חומת העץ, כוח החלוץ ניסר פתח בחומה הראשונה ומונטגומרי עצמו סייע לנסר פתח בחומת העץ השנייה. הוא הוביל כוח של 50 איש לעבר רחוב ובו בניין בן שתי קומות. בניין זה היה למעשה בלוקהאוס כחלק ממערך ההגנה על העיר ושכנו בו 15 מאנשי המיליציה של קוויבק שהיו מצוידים במוסקטים ותותח. המגינים פתחו באש מטווח קרוב, ומונטגומרי נהרג מיד, לאחר שנפגע בראשו מרסס. האנשים ששרדו את מטח האש נסוגו לכיוון החומה ורק ארון בר ומעטים נוספים יצאו ללא פגע. רבים מקציניו של מונטגומרי נפצעו בהתקפה, ואחד מהנותרים הוביל את הנסוגים לעבר מישורי אברהם בעודם משאירים מאחור את גופתו של מונטגומרי.
ארנולד תוקף.
בזמן שמונטגומרי ואנשיו תקפו, נעו ארנולד ואנשיו לעבר המתרס של Sault-au-Matelot בקצה הצפוני של העיר התחתית. הם הצליחו לעקוף את השער הראשון ומספר סוללות תותחים בריטיות מבלי שנתגלו. כאשר כוח החוד פנה לעקוף את שער פאלאס, נפתחה עליו אש כבדה מהחומות שמעל, וגובהן לא אפשר השבת אש יעילה. על כן, פקד ארנולד לנוע במהירות קדימה. הם התקדמו ברחוב צר והיו פעם נוספת תחת אש כאשר התקרבו למתרס. ארנולד נפצע מכדור בקרסולו בזמן שארגן את אנשיו לכבוש את המתרס ופונה לאחור כאשר הוא מעביר את הפיקוד על הכוח לידי דניאל מורגן. תחת פיקודו של מורגן נכבש המתרס, אך אנשיו לא יכלו להתקדם בשל הרחובות הצרים ואבק השרפה הרטוב שמנע מהם לירות. מורגן ואנשיו התכנסו במספר בתים כדי לייבש את אבק השריפה ולהתחמש מחדש, אך באותו הזמן התגברה האש כנגדם; קרלטון הבין כי ההתקפות על השערים הצפוניים שימשו כהסחה והחל לרכז את כוחותיו בעיר התחתונה. כוח בריטי בן 500 איש הגיח משער פאלאס וכבש את המתרס הראשון, לוכד את מורגן וכוחותיו בעיר. ללא אפשרות נסיגה ותחת אש כבדה נכנעו מורגן ואנשיו. בשעה עשר בבוקר הסתיים הקרב.