Сначала он направил в Гаагу посла заручиться помощью Генеральных Штатов Голландии, которые послали флот патрулировать море в окрестностях Дюнкерка. 6000 солдат, прибывших к французскому полководцу по морю, Луи разместил в Мардике, а 2000 запорожских казаков (или 2500, из них 800 всадников), завербованных бароном Сиро, и 1000 английских наемников сосредоточил в Кале.
Кстати, вопрос об участии казаков в составе французских войск при осаде Дюнкерка разъяснен не до конца. Точно известно, что Богдан Хмельницкий, занимавший тогда вторую по значимости должность в сечевой табели о рангах — чин военного писаря, в 1644 г. встретился в Варшаве с послом Франции графом де Брежи. Именно Брежи посоветовал кардиналу Мазарини взять казаков на службу. И в октябре 1645 г. после долгих переговоров полк запорожских казаков отправился морским путем через Гданск в Кале. Им пообещали выплатить по 12 талеров за каждого вооруженного казака и по 120 талеров полковникам и сотникам. Именно с этого момента истории запорожцев-наемников украинские, французские, польские исследователи спорят о том, кто же их возглавлял. Серьезные биографии Богдана Хмельницкого и польские и другие зарубежные работы свидетельствуют, что Богдан Хмельницкий тогда не был во Франции. Да и мнение большинства украинских исследователей о том, что запорожцами у Дюнкерка командовали полковники Иван Сирко и Солтенко, не подкреплено точными данными. Есть также сведения о том, что запорожцы хитростью через морские ворота ворвались в центральные форты крепости Дюнкерк. Одно несомненно — они там присутствовали и произвели своей отвагой и не меньшей, чем у испанцев, жестокостью впечатление на современников. Однако после взятия крепости местные власти обманули наемников, и часть из них вернулась в Украину, а часть перешла на сторону испанцев — отдельные части запорожских казаков воевали против французов во Фландрии в 1655 г.
Уже через две недели после Фурне герцог Энгиенский двинулся на Дюнкерк во главе 10000 пехоты и 5000 кавалерии. 10 голландских кораблей и 15 французских фрегатов блокировали вход в порт. Считается, что Дюнкерк осаждало в общей сложности 30000 человек, а осада длилась 35 дней. По приказу командующего через каналы были переброшены мосты, строилась циркумвалационная линия, состоявшая из частокола и рва, на вершине наиболее высоких дюн были возведены форты и установлены 60 пушек. Продовольствие доставлялось по каналам, а за его распределением герцог Энгиенский наблюдал лично, поскольку провианта не хватало из-за плохой погоды на море и скверных дорог на суше. Видя, что по состоянию здоровья солдаты не могли оставаться в таких условиях продолжительное время, Луи вел осаду энергично, решив, что лучше потерять людей во время штурма, чем из-за болезней. Все работы были завершены в ночь на 24–25 сентября.
Утром французы начали решительную атаку, но Лейден героически сопротивлялся. Ожесточенная борьба длилась 20 суток и сопровождалась тяжелыми потерями. Как только французы овладевали позицией, они наталкивались на только что возведенные новые укрепления. Тем временем испанцы не спешили действовать, считая, что трудности осады и неблагоприятная погода помешают герцогу Энигенскому и без них. К тому же после разведки французских позиций Карасена посчитал неразумным атаковать сильные укрепления французов. А когда стало известно, что статхаудер Республики Соединенных Провинций принц Вильгельм II Оранский готовится поддержать герцога Энгиенского, Мадрид решил послать флот. Но как только испанские моряки увидели крейсирующие у входа в порт голландские и французские корабли они тут же ретировались. В ночь на 2 октября французы решительно штурмовали бастион, в результате чего захватили часть укреплений Дюнкерка. Три дня Карасена безуспешно пытался прорваться сквозь их позиции. Лейден понял, что сопротивление бесполезно, и 11 октября капитулировал на почетных условиях. Он обеспечил достойную оборону. Герцог Энгиенский мог объяснить свою победу в равной степени как собственной активностью, так и бездеятельностью испанцев, находившихся вне крепости.
