第一次伯力之战后，忽必烈砍了一众败将的头，又重新派了一名达鲁花赤来，并给了他征调方圆一千里士兵的权利。只不过鲜卑利亚这个苦寒之地并非蒙军的战略方向，各个生女真部族也是人相稀少，故经过半年时间的准备，新来的达鲁花赤也只拼凑出了四千人军队，其中蒙古骑兵一千五百人，各部族仆从军二千人，赎罪军五百人。所谓赎罪军，乃是忽必烈的开平政权流放在此的罪犯组成的军队，主要是追随阿里不哥的蒙古贵族，此外还有触犯了蒙古法律的契丹人、金人、汉人、色目人、高丽人。至于粮草辎重的运输，则由五千生女真壮丁负责。为了防止他们逃跑，蒙古人将他们的妻儿老小都关了起来。
蒙古人吸取上一次失败的教训，将进攻时间选在了隆冬时节。虽然气温天寒地冻，但对于长年生活在苦寒高原蒙古人来说，并不是太大的问题。对生女真人来说，在冰天雪地活动本就是他们最基本的技能。为了对付严寒，达鲁花赤还征调了大量的兽皮，不仅将手下的士兵裹得严严实实，还派发给了随行的生女真民夫。当蒙古军队到达伯力堡时，近万人被冻伤的不过几十人，实在是奇迹。话说能将战争准备工作做得如此周密，既表明蒙古人对此战的重视，也体现新来的达鲁花赤绝非等闲之辈。
北方公司当然知道蒙军惨败之后，必然不会善罢甘休，故在第一次伯力之战后继续加固堡垒。主要是拓宽堡垒前的壕沟，加高木栅栏，在堡垒前形成了三层壕沟和三层栅栏。这些壕沟宽四米高三米，为了防止冬季结冰，这些壕沟并没有灌水，而是在底部埋设了密密麻麻的尖木桩。这些尖桩虽然结构简单，杀伤力却不小，刚建好时便有野猪慌不择路掉入其中，身体被刺穿几个大窟窿。木栅栏由腰部粗细的整根圆木构成，埋深一米有余，露出地面的部分高达三米。栅栏顶部也被削尖，为了防止腐烂还用火烧燎过圆木表面。
在蒙军到来之前，伯力守军又烧了开水浇在堡垒墙上，让墙体变成了滑溜溜的冰面，根本无法攀爬，木栅栏也是如法炮制。此时围绕堡垒的江面已经封冻，冰层厚度甚至达到一米以上。守军又紧急组织人，用锤砸用火烧用火药炸，在靠近堡垒的江面砸出不少冰窟窿，制造了数十个吞人的陷阱，还顺便捕捞了大量的鲜鱼。那些冰窟窿虽然很快又重新封冻起来，但冰层已是十分脆弱，根本承受不住人马的踩踏。一场飞雪之后，整个大地又变得银装素裹，冰面上也变得了一片整洁，殊不知却暗藏着杀机。
蒙军的试探性进攻便中了计。打头阵的是赎罪军的士兵，他们滑着雪撬在光亮的冰面前进，既快速又丝滑，眼看就要接近堡垒，却不料接而连三掉入冰窟窿。后方的蒙军士兵眼见如此，有的急急上前救援，试图将同伴拖出冰窟窿，更多的则是转身便逃，因为堡墙上的大炮开火了。重炮轰击之下，弹着点的冰面虽然没有被击破，却也出现了大量裂缝，并拉扯着附近的冰层喀喀作响。冰面碎裂的声音比火炮巨响更让蒙军士兵胆寒，炮弹击中自己的概率很低，即便击中也很会当即死去，一了百了。而冰面一旦破碎解体，在这隆冬时节落入水中，很快便会被冻死。即便能被救起大概率也会冻坏四肢，在这恶劣生存环境之中，失去了手脚便意味着凄惨生活的开始，最终下场便是冻饿而死。
眼见从江面进攻不行，蒙军只得远远绕过了江面，在堡垒正前方的陆地上扎下营地。这个方向也是堡垒城墙最厚实，防御最坚固的部分，守军为数不多地雷，大多埋设在这面墙下。除此之外，守军还在木栅栏与堡垒墙体之间的空地上，撒下了许多铁蒺藜。这些暗藏的大杀器被一层薄雪覆盖，即便在平时也难以被辨别出来，更何况在纷乱急迫的战事之中。实际上铁蒺藜很难杀死敌人，只会让敌人受伤失去行动能力。这些伤兵被救回去之后，将会为蒙军的后勤造成巨大的压力，毕竟伤兵不仅需要人看护照料，消耗的资源也更多。如果不救吧，任由他们躺在战场之上长久地哀嚎，将会极大地打击士气。
蒙军当然不知道守军的这些手段，或者说即便知道也会进攻，毕竟他们人数占据着绝对的优势。在达鲁花赤看来，眼下手握天时地利人和，自己绝不会像愚蠢的前任一样遭到失败。从天时来说，蒙古人和生女真士兵比来自温暖地带的北方公司人员更耐严寒的天气。从地利来说，眼下道路被冻得铁硬，反而有利于马匹和运粮大车前进，即便部分路段有积雪，清扫了之后也不影响运输。反观由于河面封冻，大大影响了霹雳军的机动性，守军只能龟缩在堡垒中死守，既等不到援军也无法逃跑。从人和方面来看，此次参战的女真部族来自更南方，并未从北方贸易中受益，反倒与蒙古人联系更紧密。达鲁花赤又承诺，获胜之后除了加官进爵之外，战利品将全部分给参战的生女真各部。为了让赎罪军士兵卖命，他除了承诺豁免参战人员的罪行之外，如果战死，其家属也将得到良好的照料。
达鲁花赤最大的底气还是来自于人数优势。虽然伯力堡守军人数已增加六百人，但已方可是有九千人——他将那五千生女真壮丁也当成了战力。实事求是地讲，此次征调而来的那些生女真士兵体格强壮，又以渔猎为生，使用弓箭和刀矛十分娴熟，战力甚至要超过新附军。如果有良好的组织体系，再装配上甲胄和称手的武器，都是一等一的精锐士兵。当然不到万不得已，蒙古人不会傻到将他们武装起来，因为这样显然会给自己树立一支劲敌。蒙古人对生女真各部一向是分而治之，甚至故意挑起其内部矛盾，自己再居中调停。
扎下营地之后，蒙古人并没有急着进攻，而是开始组装攻城器械。在出兵之前，达鲁花赤专门到原金国的都城黄龙府，调来了数十具弩车、投石机、冲车等攻程武器。除此之外，忽必烈还派人千里迢迢送来了五门火炮。这些攻城武器和火炮，也是他获胜的重要底气，虽然他知道仅凭这些武器要想压制伯力堡墙上的火炮，根本不可能。实际上，达鲁花赤根本就没有想过要与守军进行对轰。对他来说，那些攻城武器只要将堡墙前的防御工事清理干净便好。弩车可以向堡中发射火矢，投石机抛出的石头能砸毁壕沟里的尖木桩，冲车可以撞毁栅栏大门。攻城武器定会遭到火炮的轰击，但也会大量消耗守军的弹药。在他看来，攻城武器和赎罪军本就是吸引火炮的消耗品。只要守军火炮的弹药消耗完毕，手下便可以在弓箭手的火力支援下攀爬上墙头，一举夺下堡垒。