The Fortifications built by Caesar in Alesia according to the hypothesis of the location in Alise-sainte-Reine
Inbox: cross shows location of Alesia in Gaul (modern France). The open circle shows the weakness in the contravallation line

Alesia merupakan kota atas bukit yang dikelilingi lembah sungai, dengan ciri-ciri pertahanan yang kukuh. Serangan langsung merupakan bunuh diri, Caesar memutuskan untuk kepungan, dengan harapan memaksa tentera menyerah dengan kelaparan. Mengambil kira terdapat 80,000 orang di Alesia, bersama dengan penduduk awam tempatan, ia tidak mengambil masa yang lama. Untuk menjamin kepongan yang sempurna, Caesar memerintah pembinaan set kubu kepongan, dikenali sebagai circumvallation, sekeliling Alesia. Perincian kerja kejuruteraan ini diketahui berdasarkan Commentaries Caesar dan pencarigalian arkhaeologikal dilapangan tersebut. Sekitar 18 kilometre kubu setinggi 4 dibina dalam tempoh hanya tiga minggu. Garis ini diikuti pula dengan dua, paris seluas empat setengah meter, dan sedalam satu setengah meter. Parit berhampiran dengan kubu diisi dengan air dari sungai sekeliling. Ini merupakan kajayaan kejuruteraan utama, tetapi bukannya perkara baru bagi orang yang sebagai curule aedile, pegawai dilantik bagi bandar Rom, yang pernah melencungkan sungai Tiber kedalam Circus Maximus untuk peperangan laut olok-olok, sebagai bentuk hiburan awam. Kubu ini disokong pula dengan perangkap manusia dan lubang dalam di hadapan parit, dan menara peninjau didirikan berjarak tetap dilengkapi dengan artileri Rom.

Pasukan berkuda Vercingetorix sering menyerang kerja pembinaan sebagai usaha menghalang pengepungan sepenuhnya. Pasukan kavalri sokongan Jerman sekali lagi terbukti berguna dan menghalang musuh. Setelah dua minggu pembinaan, sepasukan kavalri Gallic berjaya meloloskan diri melalui bahagian yang belum siap di bina. Menjangkakan pasukan penyelamat akan dihantar, Caesar memerintah pembinaan garis pertahanan kedua, contravallation, menghadap keluar dan mengelilingi tenteranya antara set dinding pertahanan pertama dengan set dinding pertahanan kedua. Garisan kedua serupa dengan yang pertama dari segi reka bentuk dan memanjang sejauh 21 kilometre, termasuk empat kem cavalry. Set kubu pertahanan ini akan melindungi tentera Rom apabila pasukan penyelamat Gallic tiba: mereka sekarang pengepong dan bersedia untuk dikepong.

Pada ketika ini, keadaan kehidupan di Alesia menjadi semakin teruk. Dengan 80,000 tentera dan penduduk tempatan, terlalu ramai manusia terkurung dalam kawasan dataran berebut makanan yang sedikit. Mandubii memutuskan untuk mengusir kanak-kanak dan wanita daripada (citadel), dengan harapan untuk menyimpan makanan untuk pejuang dan berharap Caesar akan membuka ruang untuk membenarkan mereka lalu. Ini juga merupakan peluang bagi menerobos garis Rom. Tetapi Caesar memerintahkan agar tiada apa dilakukan bagi penduduk awam ini dan kanak-kanak dan wanita dibiarkan kelaparan di tanah perantaraan antara dinding bandar dan dinding kepongan (circumvallation). Nasib buruk saudara mereka memburukkan lagi keadaan moral di dalam kota. Vercingetorix berusaha untuk menaikkan semangat, tetapi berhadapan dengan ancaman sebahagian orangnya hendak menyerah kalah. Bagaimanapun, pasukan penyelamat sampai pada saat yang gentir ini, dengan itu mengukuhkan kembali azam mereka yang terkepong untuk terus menentang dan berjuang untuk hari lain.

Pada akhir bulan September, puak Gaul di bawah pemerintahan Commius, menyerang dinding contravallation Caesar. Vercingetorix turut mengarahkan serangan secara serentak dari sebelah dalam. Tiada satupun cubaan ini yang berjaya dan menjelang matahari terbenam pertempuran berhenti. Pada keesokan harinya, serangan Gallic dilakukan pada waktu malam. Kali ini mereka lebih berjaya dan Caesar terpaksa melepaskan sebahagian garis kubu pertahanannya. Hanya tindak pantas pasukan berkuda di bawah pemerintahan Marcus Antonius dan Gaius Trebonius yang menyelamatkan keadaan. Dinding sebelah dalam juga diserang, tetapi kehadiran parit, yang terpaksa dikambus oleh pengikut Vercingetorix, melewatkan mereka, dengan itu menghalang kejutan. Pada masa ini, keadaan tentera Rom juga terdesak. Mereka sendiri terkepong, makanan terpaksa dicatu dan tenteranya hampir keletihan.

Pada keesokkan harinya, 2 Oktober, Vercassivellaunus, sepupu Vercengetorix, melancarkan serangan besar-besaran dengan 60,000 orang, menumpu pada kelemahan di kubu pertahanan Rom (bulatan terbuka dalam gambarajah diatas). yang cuba disembunyikan Caesar, tetapi telah dijumpai oleh Gaul. Kawasan tersebut merupakan zon dengan halangan semulajadi dimana dinding berterusan tidak dapat di bina. Serangan dilakukan bersama pasukan Vercingetorix yang mendesak dari setiap sudut dari arah kubu pertahanan dalam. Caesar mempercayai displin dan keberanian tenteranya dan mengeluarkan perintah bagi mengekalkan garisan pertahanan. Dia sendiri menunggang sekeliling perimeter menaikkan semangat legionarienya. Pasukan berkuda Labienus dihantar bagi menyokong pertahanan kawasan di mana garis pertahanan ditembusi. Dengan tekanan meningkat, Caesar terpaksa menyerang balas serangdan bahagian dalam dan berjaya menolak kembali orang-orang Vercingetorix. Pada masa ini bahagian yang dipertahankan oleh Labienus hampur roboh. Caesar memutuskan untuk tindakan nekad dan membawa 13 kelompok pasukan berkuda (sekitar 6,000 orang) untuk menyerang pasukan bantuan 60,000 dari belakang. Tindakan ini mengejutkan kedua-dua penyerang dan yang bertahan. Melihat ketua mereka mengambil risiko sedemikian, orang-orang Labienus menggandakan usaha mereka dan puak Gaul menjadi panik dan cuba berundur. Sebagaimana contoh lain dalam pertempuran silam, tentera yang berundur dalam keadaan kucar-kacir menjadi mangsa mudah bagi pengejar Rom yang berdisplin. Puak Gaul yang berundur telah disembelih, dan Caesar dalam Ulasan-ulasannya menulis bahawa hanya keletihan orang-orangnya semata-mata yang menyelamatkan puak Gaul dari dihapuskan sepenuhnya.

Di Alesia, Vercingetorix melihat kekalahan pasukan pembantunya. Berhadapan dengan kelaparan dan moral yang rendah, dia terpaksa menyerah tanpa pertempuran akhir. Pada hari berikutnya, pemimpin Gallic dengan megah menyerahkan senjatanya kepada Julius Caesar, mengakhiri pengepungan Alesia.