Do obrony dzielnic mieszkalnych Karol III wyznaczył Andreę Odineta, natomiast obroną zamku miał dowodzić były rycerz zakonu joannitów Paolo Simeoni de'Bardi, którego nadejścia pilnie oczekiwano.
Obrońcy mieli naprzeciw siebie siły Barbarossy (14 000 ludzi) oraz flotę Paulina (7 000 ludzi). Dnia 11 sierpnia dołączyło do nich kolejne 12 000 żołnierzy, których przyprowadził Francois de Burbon-Vendôme, hrabia d'Enghien. Po stronie francuskiej była też toskańska kompania pod wodzą Leone Strozzi i wolny korpus Paulina.
Podczas gdy armia francuska maszerowała w kierunku Nicei, Barbarossa rozpoczął działania oblężnicze. Dnia 5 sierpnia Turcy wyładowali na ląd 75 dział oblężniczych. Krótko później dwóch wysłanników z miasta podjęło próbę przedarcia się do Barbarossy, z którym zamierzali pertraktować. Zostali dopuszczeni jednak tylko do Paulina, który dał im do zrozumienia, że ich jedyną szansą jest kapitulacja. Następnego dnia, 6 sierpnia, posłaniec Paulina zażądał poddania miasta Francuzom, co spotkało się z odmową Karola III.