1645年7月4日，张献忠率大军浩荡离开重庆，大举进犯成都，临行前他下令将大小船只悉数焚毁、凿沉，至泸州后兵分三路进军成都。

新任四川巡抚龙文光听说“流贼”进犯成都，急忙从顺庆城往成都赶去，他前脚刚走，顺庆守军后脚就向张献忠投降了。彼时，因成都告急，驻守各地的明军纷纷驰援，从四面八方向成都涌去，张献忠趁机派了不少人换上明军衣甲混进去，这些人混进成都后到处搞破坏、散布谣言，城中人心惶惶，秩序大乱。

龙文光昼夜兼程赶到成都后，城内已一片混乱，初来乍到的他两眼一抹黑，也分辨不清谁是敌谁是友。

8月7日，张献忠开始督军进攻成都，守军奋起抵抗，战况比进攻重庆时更为激烈。龙文光虽是个文官，气节还是有的，他指挥守军严防死守，击退了献军的数次猛攻，自身也有不小伤亡。就这样，龙文光率众勉强守了3天。张献忠依然不惜血本挥军猛攻，城头上的守军日夜鏖战，疲困不堪，渐渐有些撑不住了。

混进城中的献军细作趁乱纵火将钟鼓楼明军火药库烧了，大火引燃了库里堆积的炸药，一阵阵惊天巨响后，火药库被炸毁，还殃及附近大片官署、兵营、民居，军民被炸死、烧死无数。

钟鼓楼火药库灰飞烟灭，导致军心大乱，士无战心，张献忠趁势发起猛攻，敢死队架云梯舍死登城，杀散守军，打开城门，放大队人马蜂拥而入，当日即攻破了成都。

城破时，龙文光率残余守军与“贼”巷战，逐次抵抗，毕竟寡不敌众，守军被围杀殆尽，龙文光战死。蜀王朱至澍在城破后带嫔妃一块儿投井自尽，表现出明宗室成员中极为难得的一点勇烈之气。蜀王世子被俘后先被献忠封为太平公，没几天就遭凌迟处死。张献忠素恨朱明宗亲，他下令：

“凡王府室支，不分顺逆，不分军民，是与朱姓血脉牵连者，尽皆诛杀”。《明史·张献忠之乱》

于是成都内外的宗室成员几乎被捕杀殆尽。张献忠让人把蜀王朱至澍的遗体从井中捞出，亲自用刀刃戮其尸，随后将残骸抛掷于府河中。

成都巡按刘之渤城破后在巷战中被俘，他表现得颇有气节，屡拒献忠劝降；张献忠虽心狠手辣，嗜杀如命，但也敬刘巡按是条铮铮硬汉，想请他当巡抚，他依然拒降，对献忠承诺的高官厚禄嗤之以鼻，说自己只是替川省父老请命而已，老张屡劝而不得，终于失去耐性，下令将刘之渤处死。

被俘虏或缴械投降的明军将士被集体驱赶到中园等处分批屠杀殆尽。参将杨展当时也在俘虏队里，也被押解到府河边上编组问斩。当时杨展身上穿着一套熟铜甲胄，精光耀目，引人注目，于是他对负责屠杀的献军士兵说，你这样斩杀我，把我身上这副祖传宝甲也弄脏污了，不如你先帮我解开绳子，待我把铠甲脱下来你再动手不迟。那兵士本就眼馋杨展的宝甲，心想反正你也跑不掉，就给他解绑了。杨展假装卸甲， 趁那厮审视宝甲之机，奋力跳入江中，潜泳至水深处，后侥幸凫水逃走。

《蜀警录》说，8月11日，张献忠又想杀人立威，下令将数万成都居民驱赶到中园等处，准备再搞一次集体大屠杀，数万妇孺老幼在屠刀下战栗发抖，哭声震天，眼看一场人间惨剧就要上演。多亏张献忠帐下重要谋士汪兆龄竭力劝他说：

“成都为根本基业，不宜纵杀”。

张献忠觉得有理，这才罢手止杀。

1645年8月15日，张献忠在成都自称秦王，建国号大西，改元大顺，把蜀王府当成自己的秦王宫，任谋臣汪兆龄为东阁大学士，严锡命为文华殿大学士，孙可望为平南监军，刘文秀为平南先锋，李定国为前军都督，艾能奇为平南将军，旋命“四太保”率军四出攻城略地，大西军所到处卷起一阵阵血雨腥风，所经村镇无不残破毁灭，引发全川骚动。

9月，张献忠亲率大西军主力北上， 与大顺军原明朝降将马科争夺川北，一举击败马科部，夺占了川北。马科被率残部迫退守汉中。

川西的一些藏、羌土司部落奉明朝为正统，举兵对抗大西政权，并向投降张献忠的原明朝地方官发起进攻，张献忠派平南将军艾能奇率军讨伐，先后击败了各少数民族武装。 但盘踞川西的明军残余势力受此影响，纷纷继而起兵，并共推从成都逃出的参将曹勋为首领，率众与大西军抗衡。南明弘光政权闻讯也参与进来，派明朝旧相王应熊赶赴川西经略川、滇、黔、湖广四省军务，全权负责指挥诸军对抗张献忠大西政权。

从此川西南双方对峙，剑拔弩张，战火纷飞，连绵不绝，生灵涂炭，尸横遍野。明军、大西军你来我往，杀伐不断，各有攻守胜负。

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