反法联军在占领土伦时，就料到法国军队必然来攻。为了保证海上舰队的安全，他们首先拆除了大、小停泊场沿岸的全部海岸炮垒，占领了耶尔群岛，并且在布伦海角和克尔海角高地上分别构筑了防御工事，以控制几座可以直接射击停泊在大、小停泊场军舰的炮台。另外，联军还在靠近奥利乌尔和拉瓦莱特的路上，在法隆山地，部署了大量的兵力，以防止法军从东、西两面进攻土伦。
9月8日，西线法军开始向奥利乌尔方向进攻。经过数小时的艰苦战斗，法军攻占了奥利乌尔，并且夺取了附近的几条重要隘路，但法军炮兵指挥官马尔田少校却不幸负伤致残。以后几天，西线法军经过激烈的争夺，从敌人手中夺取了法隆山以北的山谷，并且包围了波姆等一些堡垒以及马尔博斯克炮台，占领了锡富尔。东线法军也不断把战线前移。拉波普军队的左翼到达了布伦海角附近，右翼到达了法隆山地和法隆炮台，并且控制了通往伐累塔的大道。法军用了很短的时间便完成了从陆地对土伦的包围，但反法联军仍然控制着从法隆山地到马尔博斯炮台的整个地区，占据着可以控制大、小停泊场的克尔海角和塞佩半岛，而且增援部队也陆续而来。法军收复土伦仍然任重道远。由于法军已经失去了原先那位优秀的炮兵指挥官马尔田，因而非常需要得到一个新的优秀的炮兵指挥官。因为在这一时期的攻城作战中，炮兵起着举足轻重的作用。就是在这一关键时刻，拿破仑出现了。他抓住了机遇。
波拿巴闪亮登场
1793年9月，24岁的拿破仑奉命前往一个海防部队，恰巧路过革命军部队驻地，他的同乡、老朋友萨利希蒂这时也恰好在卡尔托将军的司令部，其身份是国民公会的特派员。经萨利希蒂推荐，拿破仑接替了马尔田的职务，成为土伦平叛部队的炮兵指挥官。拿破仑终于得到了在战场上展示才华的机会。
9月中旬，拿破仑到达了土伦前线。他很快发现情况实在令人担忧。这里的炮兵形同虚设，既无足够的火炮，又无充足的弹药，只有几门破破烂烂的野炮和臼炮。士兵没有最起码的军事素养，他们既不会使用火炮，更不懂得如何修理。更令人不可置信的是，他的上司卡尔托将军也缺乏起码的炮兵常识。对那寥寥的几门大炮，连射程有多远都一无所知。
年轻的拿破仑即刻以忘我的精神投入了改变法军炮兵落后的工作中。首先，他想方设法搜集各种火炮。在不长的时间里，便弄到近百门大口径火炮，其中有远射程的臼炮，有发射24磅炮弹的大炮，还有大量的弹药。接着，他派专人到里昂和格勒诺布尔等地，搜集一切有用的军械器材，并且在奥利乌尔建立了一个有80名工人的军械工厂。他还征用了从尼斯到瓦朗斯和蒙彼利埃一带的马匹，在马赛组织生产柳条筐，来解决炮兵的机动性和工事修筑问题。更难能可贵的是，拿破仑处处以自己的行动和精神影响着士兵，激励着士兵。“他总是坚守在自己的工作岗位上，即使需要休息，也是裹着大衣，睡在地上。他从未离开过炮群。”很快，拿破仑以他非凡的才干和忘我的精神改变了法军炮兵的面貌，也获得了士兵的尊重和上级的器重。不久，他被晋升为炮兵少校。
10月1日，东线法军开始进攻法隆山地，但由于地势险恶，敌军防守严密，只好无功而返。土伦的反法联军受此鼓舞，10月14日，出动四千人马，分两路同时出击，一路向西，一路向西北，企图夺回马尔博斯克与奥利乌尔之间的阵地和占领最近由拿破仑指挥构筑的、位于勃列加海角的、直接对小停泊场构成严重威胁的戈拉炮垒和圣克洛特炮垒。但由于拿破仑指挥下的法军英勇抵抗，加上担任前卫的那不勒斯军战斗力不强，联军的图谋落空，只得撤回土伦。10月15日，东线法军左翼再次发动猛攻，终于攻占了具有重要战术价值的布伦海角高地。10月25日，拿破仑指挥炮兵从戈拉炮垒和圣克洛特炮垒发动进攻，并首次轰击停泊在小停泊场的英国舰队，给联军造成了很大损失。拿破仑在战场上初试牛刀，即闪寒光。但从整个战场而言，双方仍处于僵持局面，法军还处于劣势。因为联军仍有兵多和地利之便，而法军还没有找到打开土伦的钥匙。
如何打破僵持的局面，如何攻克土伦？这是法国人急切要解决的问题。10月15日土伦前线总指挥部召开会议讨论巴黎下达的一个作战计划：集中一支6万人的军队，不管敌人正面的火力如何，都从东、西两个方向同时发动进攻，先粉碎反法联军的外围防线，夺占法隆山地，法隆、鲁日等炮台，而后，在土伦要塞附近挖堑壕，筑工事，伺机攻占土伦。
对这个计划，拿破仑表示强烈反对。他认为这个计划很难行得通。首先，反法联军有坚固的外围防线。他们既有坚固的工事，又有良好的地形，还有地面和舰炮火力的支援，兵力又充足，要正面突破，实在难上加难。其次，若正面强攻形成对峙局面，敌人就能从容调集援军巩固防守。再次，即使正面进攻得手，也很难围剿敌人和保全土伦。敌人很可能会烧毁仓库，炸毁船坞，捣毁军械库，洗劫土伦城，挟法国军舰而去。果真如此，法国就损失太重。
如不如此，法国该如何夺取土伦呢？其实拿破仑早就以其敏锐的洞察力和丰富的想象力找到了收复土伦的钥匙：夺取小直布罗陀。在9月，拿破仑就多次向卡尔托将军建议，派足够的兵力，攻占并固守港湾西岸的小直布罗陀（马尔各雷夫堡）和克尔海角，然后在埃吉利耶特海角和巴拉去耶海角修筑炮垒，集中火炮猛击停泊在大、小停泊场的英国舰队，切断英国舰队与土伦守敌之间的联系，迫使英舰撤出港口。如能如此，土伦之敌一无退路、二无援兵、三无火力支援，法军必能迅速收复土伦。只可惜，平庸无知的卡尔托将军没有认识到它的价值。他以兵力不足为借口，仅仅派去400人。结果几天后，反法联军轻而易举地夺回了克尔海角和小直布罗陀，并加强和巩固了阵地。之后，尽管小直布罗陀形势迥异，但拿破仑还是再次抛出了他的这一设想，并进一步提出：为了有效地封锁大、小停泊场，使英舰无立足之地，法军在攻占小直布罗陀和克尔海角之后，就立即在埃吉利耶特海角和巴拉去耶海角各设一座大型炮垒，并且分别配置30门可以发射36磅炮弹和24磅炮弹的火炮，4门发射16磅赤热炮弹的火炮以及10门戈美尔臼炮，以使其构成足够的火力密度。拿破仑以其敏锐的洞察力和丰富的想象力制订的这一天才计划征服了与会人员，包括巴黎来的特派员。他的计划被批准了，他也被任命为攻城炮兵的副指挥。正是这一计划大大地影响和改变了整个战役的进程和结局。
但收复土伦光有出色的计划是不够的，还必须有出色的指挥。卡尔托将军因为他的平庸无知加傲慢使法军付出了沉重的代价。法军不仅丢失了一个不可多得的绝好机会，丧失了一个极其重要的阵地，还将为攻占这儿付出沉重的代价。11月上旬，卡尔托被调往阿尔卑斯军团。但接替他职务的多普将军同样不能担负起指挥收复土伦的重任。11月11日，由于不堪目睹西班牙军队欺辱和虐待被俘的法军士兵，小直布罗陀对面的法军擅自向反法联军阵地发起攻击，整个布罗尔师都卷入了战斗。为了控制局势，拿破仑被临时授权指挥这场战斗。拿破仑即刻赶往前线。他审时度势，因势利导，亲自率领士兵突入敌军阵地。在很短时间里便控制了整个克尔海角，从背后接近小直布罗陀，法军眼看胜利在望。然而就在这关键时刻，远离战场的土伦攻城总指挥多普将军却因身旁的一名副官中弹身亡感到恐惧而下令法军停止进攻。结果，反法联军乘机反扑。无能的指挥又一次白白断送了唾手可得的胜利。年轻的拿破仑怒不可遏，冲到多普将军面前，大骂道：“就是因为一个——他妈的……就下令退却，我们对土伦的攻击白搭了。”
在战争中，好的计划必须有好的执行者。如果没有好的执行者，天才的计划也如同蠢材的计划。拿破仑早就认识到这一点，而其他前线官兵这时也认识到这一点。因而他们对多普将军表示了强烈的不满。可怜的多普只好去了比利牛斯军团。杜戈梅将军接替了他的职位。
杜戈梅将军到来之后，立即和拿破仑等一起精心做收复土伦之准备。然而一群无知的人民代表又差一点将他们的努力付诸东流。原来，拿破仑为了出敌不意，攻敌不备，突然猛烈地打击敌人，在小停泊场的北面、敌人的眼皮底下秘密修筑了一个炮兵阵地，并用橄榄枝进行了巧妙的伪装。10月29日下午，一批人民代表前来视察这座炮垒。视察中，竟然有人愚蠢透顶地擅自命令士兵开炮，这彻底地暴露了炮兵阵地。第二天拂晓，土伦联军总司令奥哈腊将军就率7000人渡过勒俭斯河，向西北方向出击，打乱了法军的进攻部署，并对西线法军造成了极大的威胁。法军只好从这些炮垒撤退。拿破仑一面沉着地指挥炮兵掩护部队有秩序地撤退，并阻止敌人向奥利乌尔方向前进，一面积极牵制敌人，掩护杜戈梅将军迂回到敌人侧翼。拿破仑更出奇的一招是，他亲自率领一支部队，沿着一条隐蔽的通道，插入敌人战斗队形的中间。这真是艺高人胆大。这一招给敌人造成了极大的混乱。在混战中，拿破仑还意外抓获了反法联军的总司令奥哈腊将军。而此时，法军主力已在杜戈梅将军的率领下迂回到敌人的右翼，直接威胁到敌人的退路。反法联军害怕被歼，立即溃退，逃回土伦要塞。法军乘势一举收回全部被占阵地。杜戈梅和拿破仑这一次挽法军于危难之中，充分说明了优秀的指挥对于战争是何等的重要！
杜戈梅将军年近六十，已有40年军龄。他顽强、勇敢、正直，具有战略眼光。他参加过抗击英国人的战斗，他担任过意大利军团的一个旅长，抗击皮埃蒙特人的入侵。他热爱自己的士兵，也深受士兵的爱戴。他的出现对拿破仑来说是如鱼得水，拿破仑终于可以自由地展示才华了，而法军也终于找到了打开土伦的另一把钥匙。
反法联军在出击失败后，士气日衰。而土伦的形势也使奥地利不敢贸然行事。他们拒绝履行几个月前做出的派5000名正规军前来援助土伦守敌的诺言。与此同时，法军士气高昂，援军也源源而来。12月上旬，法军总数达3.8万人，超过守敌一倍以上，法军按拿破仑的计划做好了总攻准备。
12月14日，对土伦的总攻正式开始。法军使用45门大口径火炮，集中向小直布罗陀猛烈轰击。猛烈的炮火轰击了两天两夜。反法联军精心构筑的防御工事被一颗接一颗的炮弹摧毁了。反法联军士兵的心理防线也被一颗接一颗的炮弹摧垮了。17日午夜1点，当海风呼啸、寒风刺骨、暴雨磅礴的时候，6000名法军，分成四个纵队，在杜戈梅将军指挥下从南、北两翼发起攻击，直扑小直布罗陀。第一、第二纵队严密注视巴拉去耶和埃吉利耶特海角守敌的动向；第三纵队是主力，由拉博尔德指挥，主攻小直布罗陀；第四纵队是预备队，由拿破仑指挥，准备随时应付紧急情况。
但一开始，战斗并不顺利。由于天黑雨大，敌人又依托复杂的地形和残留防御工事，负隅顽抗，猛烈还击，法军伤亡很大，还有整连整连的法军在黑暗和混乱中迷失了方向。尽管如此，法军还是突破了敌军的第一道防线，占领小直布罗陀堡。但当他们进攻第二道防线时，遭到了来自小直布罗陀炮台的猛烈还击。法军一次又一次地进攻，结果是一批又一批的士兵倒在血泊之中。许多官兵开始惊慌失措，有些甚至绝望了。
就在这危机时刻，拿破仑出现了。他率领预备队冲了上来，并立即命令炮兵大尉米尔隆率领一个营实施迂回进攻，出其不意地从棱堡的后门进攻小直布罗陀。凌晨3点左右，该营突入了小直布罗陀炮台，给后续部队打开了一个缺口，进而一举夺取了整个小直布罗陀。敌人也深知此地之干系，故进行了几次疯狂的反扑。法国士兵英勇阻击。拿破仑以敌之炮攻敌之阵，并身先士卒，冲锋陷阵，发挥榜样的作用。当天色大亮时，敌人感到大势已去，便放弃了抵抗。17日上午10时，法军在调整部署后，再次发起进攻。经过几小时的激烈战斗，克尔海角又被收复。在这次战斗中，法军伤亡1000人，拿破仑也两处负伤。而反法联军的伤亡则有2.5万人。更重要的是，法军仅用十几个小时，就实现了拿破仑收复土伦计划的关键一步：攻占了小直布罗陀和克尔海角。土伦反法联军的防御完全动摇了。
法军在占领小直布罗陀和克尔海角之后，立即着手改造工事，并迅速调集火炮，将英国舰队完全置于法军火力控制之下，并于当天就开始轰击英国舰队。英国海军上将胡德勋爵被迫命令舰队张帆起锚，并不顾强烈的东南风，于当晚匆匆逃离土伦港。
