横跨在幼发拉底河两岸，由泥砖和沥青建造而成的城墙不仅高耸而且厚实，其宽度足以让一辆驷马战车在城墙上驰骋。为了保护城墙不被外敌攻占，城墙上的塔楼往往沿着城墙的前后两侧成双成对地建造，这种严密程度在当时的世界上可谓绝无仅有。
在宽广的护城河内，是8座以城市信仰的神的名字来命名的城门。城门本身由青铜浇筑，非常坚固。最大的是以巴比伦的战争和生育女神伊西塔命名的北门。此门毗邻幼发拉底河，连接护城河的河道宽达1里，也正好从这个门的边上贯穿全城。由于此门的重要性，尼布甲尼撒二世曾三次对这个门的设施进行修缮，筑起了四个塔楼组成的防御网络。
至于城市的内部，还有诸如王宫和主神马尔杜克的神庙等坚固建筑，这些承担卫城要塞职责的建筑为守军提供了坚实的防御依托。城里平均高度可达3-4层的普通住宅和复杂的街道也是守军进行巷战防御的有利条件。因此，要拿下巴比伦，强攻绝不是一个好的选择。
然而，巴比伦城也难以出现很多超级大城市所会面临的物资匮乏。除了城里的储备物资，内城的东面、北面和南面都有大小不等的农产区，这些田地由外城的坚固城墙保护。即便被包围，巴比伦城内依然可以进行农业生产。当地的优质耕地可以确保小麦的收成达到种子的200-300倍之多。无花果、橄榄、葡萄以及枣椰子树，也可以提供各类其他口粮。
既然强攻与围困都效果不大，居鲁士便只能采用智取的手段。波斯军队开始在城市的北面和东面挖掘壕沟，随后用壕沟内挖出来的土堆砌成几座大土堆。在这些土堆上，波斯人将几辆两层楼高的重型战车推了上去，对付巴比伦城墙上的弓箭手。在靠近河岸的伊西塔门附近，居鲁士命人砍伐了大量棕榈树，制作成攻城塔。这一切在守军看来，都是波斯人准备进行强攻的迹象。但他们却没有注意到护城河的水位正在缓慢下降。
每当夜幕降临，居鲁士就会派遣一些战斗力不强的部队去北面的河床边上挖掘新的壕沟。其中一条最大的壕沟成为了泄洪的引水渠，将幼发拉底河的河水引向附近的一大片沼泽地。这片沼泽地原先是巴比伦人为了泄洪而引水形成的人工湖，随着时间的推移，这片人工湖渐渐荒废成为沼泽地，这时又成为了