Les moyens militaires rassemblés par l'agresseur serbe sont impressionnants : environ 50 000 hommes très bien armés appuyés par plus de 600 tanks et autres blindés, un nombre important de pièces d'artillerie lourde, des navires de guerre croisant sur le Danube, des escadrilles de chasseurs bombardiers, menacent alors la ville slavone. La résistance croate s'organise autour des 700 membres de la 204e brigade de la Garde nationale croate (ZNG) appuyés par environ 1000 volontaires. Les « défenseurs » croates sont faiblement armés : quelques fusils automatiques, des mitrailleuses, des mortiers, quelques mines, assortis d'une modeste réserve de fusils, étaient censés répliquer aux moyens considérables rassemblées par Belgrade.
La vie s'organise tant bien que mal dans les sous-sols de la ville. L'approvisionnement en nourriture et produits sanitaires est assuré par un corridor tracé par les défenseurs croates à travers des champs de maïs et rejoignant les villages de Marinci et Bogdanovci. La résistance des défenseurs croate est héroïque; à l'arme individuelle, ils repoussent les assauts des troupes serbes auxquels ils infligent de lourdes pertes. Ainsi, entre le 14 et le 20 septembre 1991, les défenseurs de Vukovar détruisent 130 tanks serbes et autres blindés. La route de Trpinje, théâtre de ses exploits de la résistance croate emmenée par le désormais légendaire Blago Zadro, est alors baptisée le «cimetière des tanks ». Quand, durant le mois de novembre, l'Armée croate entreprend avec succès une incursion dans Vukovar exsangue, elle sera immédiatement sommée de mettre fin à cette action par les représentants de la communauté européenne.
Selon les experts militaires, un tel rapport de force condamnait Vukovar à tomber aux mains des Serbes en à peine deux jours. Au total, Vukovar résista 86 jours.