Aan het eind van september begonnen zware gevechten voor de controle over de hoogvlakte die uitzag op de haven. Republikeinse kustbatterijen wisselden vuur uit met schepen van de Koninklijke Marine, waarbij HMS "Princess Royal" zware verliezen leed bij een munitie-explosie, en op 30 september veroverden Republikeinse troepen onder kapitein Napoleon Bonaparte de heuvel van Pharon, maar werden de volgende dag verdreven door een gecombineerde kracht van Britse, Spaanse, Napolitaanse en Sardijnse soldaten onder Lord Mulgrave. Begin oktober moedigden Napolitaanse versterkingen een reeks succesvolle aanvallen op de door de Republikeinen vastgehouden hoogten aan, maar later in de maand hadden Hood en Lángara een serieus meningsverschil over het commando van het beleg, waarbij Lángara zo ver ging om het vlaggenschip "Victory" van Hood te bedreigen voordat hij uiteindelijk terugdeinsde. Tegen het einde van de maand hadden de geallieerden meer dan 16.000 man bij elkaar, waaronder 6.000 Spaanse troepen. De Britse bijdrage was iets meer dan 2000 man, verminderd door de verplichtingen van de Royal Navy elders in de Middellandse Zee. Een aanzienlijk aantal Oostenrijkse versterkingen werd verwacht vanuit Genua, maar werden verhinderd om aan boord te gaan door een combinatie van Oostenrijkse onbuigzaamheid en Genuese woede over de Britse schending van hun neutraliteit tijdens de actie van 5 oktober 1793. De geallieerden hadden zo weinig troepen dat Hood 1500 huurlingen van de Ridders van Malta huurde, hoewel ze niet aankwamen voor het einde van de belegering. De republikeinse troepen groeiden snel in deze periode als versterkingen vrijgegeven door de conclusie van het Beleg van Lyon.
Het leger van de republikeinen, onder leiding van generaal Jacques François Dugommier, bereikte de belegerers in Toulon.