郑成功养精蓄锐，兵力逐渐强大起来，在厦门建立了一支自己的水师。清顺治十六年（1659年），郑成功率领了10万大军，分水、陆两路攻打南京，直捣南京城下。由于清军诱降，郑成功中计，吃了败仗，只得退回厦门。此次战役令郑成功感受到了清朝统治的逐渐稳固，但自己的大军却只能受限在厦门，粮草供给都十分匮乏，所以，他开始考虑其他的方式，为自己的军队提供补给。

次年，前荷兰通事何斌由于与荷兰人发生了纠纷，逃至厦门，向郑成功建言献策攻打台湾。他口中的台湾物资富饶，正是郑成功迫切需要的。但由于当时清军正在预谋进攻，攻打台湾的事情暂时被郑成功搁置。同年五月，郑成功指挥郑军在海上与清将达素决战，大获全胜，重振军心。

清顺治十八年（1661年）二月，郑成功开始召集将领讨论攻打台湾的事宜。在郑军中，也分为支持攻台和反对攻台的两派。反对攻台的将领们认为荷兰防御坚固，且台湾风水不好，水土多病。但郑成功依然在其他将领的支持下决定攻台。

当时的荷兰得知郑成功的攻台计划后，荷兰东印度公司派出大员长官揆一开始备战。其实，早在1650年前后，荷兰东印度公司就提出，和平时期都要维系至少1200人的安保。虽然这项措施并没有执行下去，但依然可以展现荷兰对于备战的未雨绸缪。1660年，更是盛传郑成功要开始攻打台湾。于是，揆一要求各个地方都加强侦察与武装，同时，不准华人在普罗民遮城贩卖粮食，田间的稻谷一律焚毁，多达8000多袋。

1660年7月16日，巴达维亚总督派遣司令官范德兰率领12艘船只，载运1453人抵达台湾。总督指示，若郑成功没有来攻台，为了减少出兵带来的经济损失，需要去攻打澳门。范德兰根本不认为郑成功会来攻打台湾，故抵台不久就酝酿去攻打澳门。当时，荷军就台湾问题展开了激烈的争论。1660年10月22日，大员评议会派使者去与郑成功见面，一探虚实。11月下旬，使者带着郑成功的回复回到台湾，郑成功在信中否认攻台事宜。虽然评议会判断攻台危机并未解除，但范德兰毅然决然带着大部队返回巴达维亚，只留下4艘船和600名没有军衔的士兵，大员地区的总兵力只有1500人。

南明永历十五年（1661年）三月，郑成功率众将士在金门举行了誓师仪式。随后，郑成功率领将士25000人，战船数百艘向东挺进。然而在12天后，他们刚横越台湾海峡到达澎湖群岛，打算继续东征之时，就碰上了暴风，携带的军粮所剩无几，不得不返回澎湖。他们决定休整几天之后，再向鹿耳门港进军。郑成功之所以选择鹿耳门港，一是因为掌握了该地的潮汛规律，每个月初一、十六大潮时，水位比平时高五六尺，大小船只都可以通过；二是因为郑成功早已打探好从鹿耳门到赤崁城（今台南市西安平）的港路。

在经历了数夜的风浪搏斗之后，郑成功抵达鹿耳门港外。到了中午，鹿耳门海潮果然涨了起来，郑成功立刻派战士们按照之前的规划前进。荷军本以为郑成功必定会从南航道驶入，准备了炮火拦截，未承想郑成功竟然从鹿耳门进入，这让他们手足无措。郑军如计划安排，从禾寮港（在今台南市）登陆，迅速建立了阵地，便于进攻赤崁城，另一支从北线尾登陆的郑军驻扎鹿耳门。

台湾人民见到郑军到达，争先恐后地推着小车来迎接亲人。据荷兰方面记载，郑成功的登陆行动得到了25000名壮士的帮助。台湾人民的大力支持不仅令郑军顺利登陆，还令荷军分离开来。郑军登陆赤崁城后，虽然荷军并没有太多的兵力，但气焰依然嚣张，凭借船炮的优势，分三路向郑军反扑，炮击断粮烧马厩。郑成功发现后及时调整了战略，命令两员大将控制鹿耳门海口，来接应后面的郑军登陆；又另派兵防守北线尾，保障侧后方安全，置荷军于腹背受敌的境地；同时，派兵监视台江，切断了赤崁城和台湾城的联系。当荷军贝德尔上尉驶进北线尾逼近郑军之后，正中郑成功的下怀，“箭如骤雨，天空似乎都昏黑起来”，贝德尔手足无措落荒而逃，郑军乘胜追击，一举歼灭了贝德尔的队伍。而南路的荷军也被郑军打败，200多人组成的队伍只有60人逃回。

荷军的来袭被一一击破之后，郑军军心大振，开始用帆船主动出击包围荷军的战舰。在激烈斗争之后，荷军的战舰被逐个击破，赤崁城和台湾城已完全孤立无援，郑军随即包围了赤崁城，4天便收复了赤崁城。赤崁城拿下后，郑成功劝揆一投降遭拒，决定围困台湾城。

荷军惨败之时，龟缩在城里不肯应战，偷偷派使者去找郑成功求和，并献上了10万两白银试图贿赂郑成功。郑成功义正词严地说：“台湾本来就是我国的领土，收回这里是理所应当，必须将你们赶出去。”可即便如此，城里的侵略军还在试图顽抗，郑成功决定采用“围困俟其自降”的方法逼迫他们投降。

荷军被围9个月之后，士气低落、军粮匮乏、瘟疫横行、弹尽粮绝，郑成功了解情况后决定猛烈攻击。揆一走投无路，只得“愿罢兵约降，请乞归国”。1662年2月1日，揆一在投降协议书上签字。2月17日，揆一率领“卢斯杜南号”“唐堡号”“安克文号”“梅顿号”“泰伯特号”“纳尔登号”“白鹭号”和“罗南号”启程，结束了荷兰在台湾38年的殖民统治。