A finales de septiembre comenzaron fuertes combates por el control de la zona alta que dominaba el puerto. Las baterías de la costa republicanas intercambiaron fuego con los barcos de la Marina Real durante el cual el HMS "Princess Royal" sufrió fuertes bajas en una explosión de municiones, y el 30 de septiembre las tropas republicanas bajo el capitán Napoleón Bonaparte capturaron la colina de Pharon, solo para ser expulsadas al día siguiente por una fuerza combinada de soldados británicos, españoles, napolitanos y sardos bajo el mando de Lord Mulgrave. A principios de octubre, los refuerzos napolitanos alentaron una serie de asaltos exitosos en las alturas republicanas, pero más tarde en el mes Hood y Lángara tuvieron un grave desacuerdo sobre el mando del asedio, Lángara llegó a amenazar el buque insignia de Hood, "Victory", antes de finalmente retirarse. Al final del mes, los aliados reunieron a más de 16.000 hombres, incluidas 6.000 tropas españolas. La contribución británica fue de poco más de 2.000 hombres, reducida por los compromisos de la Royal Navy en otras partes del Mediterráneo. Se esperaba un cuerpo sustancial de refuerzos austríacos desde Génova, pero se les impidió embarcarse por una combinación de intransigencia austriaca y enojo genovés por la violación británica de su neutralidad durante la acción del 5 de octubre de 1793. Tan escasos eran los aliados que Hood contrató a 1.500 mercenarios de los Caballeros de Malta, aunque no llegaron antes de la conclusión del asedio. Las fuerzas republicanas crecían rápidamente durante este período, ya que los refuerzos liberados por la conclusión del asedio de Lyon
Al llegar a los sitiadores de Tolón, el ejército republicano reunió aproximadamente 33.000 soldados bajo el general Jacques François Dugommier.