A la imagen simplista y jocosa de una ciudad sitiada por el más poderoso Ejército de la época, cuyos habitantes componían graciosas coplillas para burlarse de los proyectiles que les lanzaban los experimentados artilleros napoleónicos, y cuyas mujeres confeccionaban bigudís con los trozos esparcidos del plomo interior de las granadas para ensortijarse el cabello, debe oponerse otra imagen más seria y conforme con la complejidad de lo acontecido. Para bombardear Cádiz desde la gran distancia que les separaba de sus posiciones, los sitiadores se sirvieron de una innovación tecnológica que recibió el nombre de su diseñador, Pierre-Laurent de Villantroys, un distinguido coronel de la Artillería francesa, sumamente reputado. La primera de estas piezas -que recibieron indistintamente las denominaciones de obús, obús-cañón, obús-mortero, y mortero- fue fundida en la Real Fábrica de Artillería de Sevilla el 6 de noviembre de 1810 (n.º 7.357, de 8 pulgadas francesas). Tras unas exitosas pruebas, el obús fue trasladado por el Guadalquivir hasta Sanlúcar de Barrameda con su afuste y demás útiles necesarios para su servicio; y, desde ésta, por tierra, hasta el Parque de Artillería, de donde se envió a la Cabezuela para ser colocada en batería en el Fuerte Napoleón. El bombardeo de la ciudad comenzó en la mañana del 15 de diciembre de 1810. Entre las 10:00 y las 13:00 horas, fueron lanzadas diez granadas de 8 pulgadas, sin culotes, cada una con un peso de 75 libras, comprendidas en las mismas el plomo de su interior y las 12 onzas de pólvora de su carga. Sirvieron de referencias a los disparos las torres del convento de Santo Domingo y de Tavira. La ciudad fue alcanzada por siete u ocho granadas, de las que sólo dos estallaron. Una casa del barrio de Santa María resultó muy dañada. Los bombardeos se repitieron los días 18 y 21. La consternación fue enorme. Incluso las Cortes Generales y Extraordinarias, que se hallaban reunidas en la villa de la Real Isla de León, trataron sobre su pronto traslado a un lugar más seguro, barajándose como posibles Ceuta o Mallorca.

El campanario del convento de San Francisco sirvió de atalaya principal para observar los fuegos enemigos provenientes de la Cabezuela. Cuando se divisaba el potente fogonazo, el vigilante tocaba la campana tantas veces como fuera el número de los tiros. Este aviso de 'bomba' era repetido por todas las campanas de los barrios comprendidos en el alcance. Como medida de precaución, se prohibió cualquier otro tañido. Al toque, seguía de inmediato el sonido de la detonación; y, a éste, el zumbido del proyectil, cuyo tiempo de permanencia en el aire sobrepasaba en algo los 39 segundos. Al caer la granada, se escuchaba un golpe muy recio, que podía ser seguido por la explosión.

Los lanzamientos desde la Cabezuela eran contestados de inmediato por las fuerzas aliadas. El Castillo de Puntales, las baterías de morteros de su espalda, las lanchas obuseras españolas de la Aguada, las cañoneras de la punta de la Cantera, y las corbetas bombarderas inglesas, desataban un vivísimo fuego contra las baterías enemigas. Por su parte, los franceses contrarrestaban desde Fort-Luis y las baterías del caño del Trocadero.

Los artilleros napoleónicos se encontraron con problemas diversos que fueron solventando paulatinamente; tales como la fijación de las espoletas, el desprendimiento durante la trayectoria del plomo derretido y vertido en la pared interior del proyectil, las explosiones prematuras, la mezcla óptima y la calidad de la pólvora, los desperfectos en los afustes y plataformas a causa de la enorme potencia del disparo, las desviaciones de los tiros, la cortedad de sus alcances, etc.

Muy importante fue el bombardeo ocurrido en la noche del 13 de marzo de 1811, pocos días después de la derrota de los franceses en la Batalla de Chiclana, cuando lanzaron cincuenta granadas sobre Cádiz. La acción comenzó a las nueve de la noche y duró hasta las dos de la madrugada, disparándose los proyectiles de cuatro en cuatro, y de cuarto en cuarto de hora. Buena parte de las granadas alcanzaron la ciudad y estallaron con estrépito, dañando seriamente algunos edificios. Los artilleros napoleónicos quedaron muy satisfechos con los nuevos resultados. En el mismo mes, se fundió en Sevilla un obús Villantroys de mayor calibre (n.º 7.390, de 10 pulgadas francesas), capaz de alcanzar distancias mayores con un proyectil muy pesado que podía contener bastante pólvora en su interior. En las pruebas realizadas en el sevillano Tiro de Línea, con una carga de 33 libras de pólvora, la nueva pieza artillera llegó a lanzar granadas de hasta 181 libras. El término medio de sus alcances se fijó en 5.265 metros, que resultaban más que suficientes para alcanzar el centro de Cádiz con facilidad, ya que la distancia desde la Cabezuela a la plaza de San Juan de Dios es de 4.875 metros.

En marzo de 1812 se inició una nueva fase de los bombardeos, cuando los sitiadores terminaron una nueva batería en la Cabezuela para dirigir sus tiros por elevación contra Cádiz, en la que colocaron cuatro obuses Villantroys. Esta batería, llamada del Ángulo, se halló comunicada por medio de un camino cubierto con el Fuerte Napoleón, situado a escasa distancia. Al anochecer del día 13, ambas baterías rompieron el fuego con una descarga cerrada de ocho tiros. En la acción, que duró toda la noche, fueron lanzadas ciento once granadas, al menos. Los estragos que provocaron en la ciudad fueron significativos. En las siguientes jornadas, los enemigos prosiguieron sus lanzamientos en distintas horas del día y la noche. Desde el día 13 al 31 del mismo mes, las granadas dirigidas contra Cádiz superaron el medio millar. Los temores que generaron unos lanzamientos tan masivos y constantes hicieron que, el día de la promulgación de la Constitución, la Misa y el Te Deum de acción de gracias se celebraran en la iglesia de los Carmelitas por hallarse fuera del alcance del fuego enemigo, en lugar de en la Catedral donde se habían previsto inicialmente. No obstante esta cautela, en tan histórica jornada, Cádiz no fue bombardeada por lo lluvioso del día y los fuertes vientos contrarios del tercer cuadrante. Sin embargo, nada más amainar el temporal, en la noche del 20, cuando se efectuó la iluminación general que no pudo llevarse a cabo el día anterior y las calles se hallaron ocupadas por un inmenso gentío, la ciudad sufrió una vez más el poder de la artillería francesa. El día 22, Domingo de Ramos, cayeron granadas en la bahía, en el muelle y en la ciudad. Los bombardeos continuaron en las siguientes jornadas, alcanzando los proyectiles la calle del Consulado Viejo, en la cercanía de la de San Francisco, y otros puntos paralelos a ésta. Se sospechaba que los artilleros del Primer Cuerpo del Ejército Imperial del Sur en España apuntaban hacia el edifico de la Aduana, sede de la Regencia. El Jueves Santo, otras granadas consiguieron entrar en el recinto de la ciudad; de las cuales, una cayó en el Seminario y otra en la calle de la Verónica. El día 29, Domingo de Resurrección, alcanzó un proyectil la plazuela de las Cestas, detrás de San Juan de Dios, cerca de una taberna que estaba muy concurrida, sin causar daño alguno; y otro la Pescadería junto a un vendedor de huevos, quien también quedó indemne. En la jornada siguiente, resultó herido un oficial del Ejército en su casa cercana al convento de Santo Domingo.

A primeros de abril de 1812, los franceses disponían de once piezas artilleras Villantroys para atacar Cádiz: diez de 8 pulgadas y una de 10 pulgadas. En el mes de mayo fue muy destacado el vivo bombardeo del día 16: una granada cayó junto al convento de la Candelaria; otra enfrente de la parroquia del Rosario; y varias en diferentes puntos de la ciudad. Lo mismo ocurrió en la tarde del 26, cuando uno de los proyectiles alcanzó la casa episcopal. En la mañana del 28, festividad del Corpus Christi, y en un alarde de desprecio al riesgo, la procesión se celebró con gran solemnidad, asistiendo las Cortes y la Regencia con el acompañamiento correspondiente. La concurrencia fue enorme. Según lo dispuesto por el Ayuntamiento, el cortejo salió de la Catedral y toda la carrera se halló comprendida en el radio de acción del fuego enemigo. El temor hizo que algunos Diputados no asistieran a la misma.

A principios de junio, la inquietud aumentó en los habitantes de Cádiz, quienes constataban que los proyectiles entraban en la ciudad en mayor número; que avanzaban sus alcances; y que eran más los que estallaban. En la noche del día 4, murió una mujer en un horno junto a la Merced. Al atardecer del día 9, se corrió la voz de que los barrios de Santa María y la Merced deberían ser desalojados de inmediato, sacando los vecinos los objetos más apreciados de sus casas; lo que provocó una tumulto que tuvo que ser apaciguado con la intervención directa del Gobernador y otros comisionados del Gobierno. La tarde y la noche del día 12 las baterías de la Cabezuela desataron un fuego intensísimo. Una granada cayó en la plazuela de la Fonda de los Ingleses, junto a la Alameda. El bombardeo del día 17 causó en la población un temor mayor que los precedentes, ya que el viento era de poniente y, en consecuencia, contrario a la dirección de las baterías enemigas. Una granada mató a un hombre en la plaza de San Juan de Dios y otras provocaron heridos en distintos lugares. Entonces, los atribulados vecinos de Cádiz comenzaron a abandonar los barrios comprendidos en la línea de acción de los proyectiles y se marcharon más allá de la plaza de San Antonio, huyendo del peligro. De importancia fue también el bombardeo del día 28, que duró desde antes de las ocho de la tarde hasta las dos de la madrugada. Muchas granadas cayeron en la ciudad y algunos edificios sufrieron un gran quebranto. Mas lo peor aún quedaba por llegar en los meses de julio y agosto, cuando los levantes recios y secos aumentaban el alcance de los proyectiles.