Svenskene hadde 250 igjen i Vänersborg, men disse var ikke mange nok til å betjene forsvarsverkene. De stakk derfor byen i brann og trakk seg tilbake til kastellet. Nordmennene slukket brannen og heiste kanoner opp på en klippe, slik at de kunne bombardere kastellet. 26. juni oppfordret Gyldenløve kommandanten, Lillie, til å overgi seg. Denne forlangte fri avmarsj, men det ble avslått. Nordmennene stilte da opp seks bataljoner og hundre dragoner, for å ta kastellet med storm. Da Lillie forstod at han ville bli angrepet, overga han seg. Besetningen ble ført som fanger til Norge.