טיטוס הגיע עם כוחותיו לירושלים מצפון, ערך אותם על הרכסים הצופים אל העיר ותכנן להבקיע את החומה השלישית מצד מערב – בין מגדל היפיקוס למגדל פסיפנוס. בזמן שהחיילים הרומים עסקו בהכנות למצור ובעבודות הביצור, המורדים תקפו אותם במפתיע מספר פעמים ופגעו בהם קשות, אך לא הצליחו לעצור את ההכנות לפריצה. בטרם החלה המתקפה על החומה השלישית שלח טיטוס את יוסף בן מתתיהו לנסות לשכנע את המורדים להיכנע, אך ללא הצלחה. הצבא הרומי הצליח להבקיע את החומה השלישית בצד מערב. מקום זה נבחר כי הוא מרוחק משני המגדלים המבוצרים היפיקוס ופסיפנוס, כי זהו קטע חלש של החומה שנבנה בחופזה על ידי ממשלת המרד ולא על ידי המלך אגריפס הראשון, וכי בקטע זה לחומה אין הגנה טבעית בשל הימצאותו בחלקו העליון של גיא בן הינום שבו הנחל עדיין לא יוצר מדרונות תלולים. כעבור ימים אחדים נפרצה גם החומה השנייה בצידה הצפוני, במרחק רב ככל האפשר מהביצורים החזקים של האנטוניה ושל המצודה ובמקום שבו אין ערוץ טבעי המגן על החומה.
עתה פנה טיטוס לכבוש את הר הבית על ידי כיבוש מצודת האנטוניה. הצבא הרומי הקים סוללות עפר כדי להעלות עליהן את (*) אילי הניגוח מול האנטוניה ומול מגדלי המצודה. בשלב זה שוב ניסה יוסף בן מתתיהו לשכנע את המורדים להיכנע – גם הפעם ללא הועיל. יוחנן מגוש חלב הצליח לצאת למתקפה ולשרוף את מכונות המצור הרומיות. טיטוס ומפקדי צבאו החליטו להקים מחדש את כלי המצור וגם להקיף את העיר בחומת מצור, דָּיֵק, שתמנע הכנסת אספקה או תגבורת לנצורים, או בריחה מהעיר. מצב הנצורים בתוך העיר הלך והחמיר בגלל המצור, אך יותר מזה בגלל מעשי הרצח המרובים של הקנאים באנשי העיר שבהם חשדו בכוונות כניעה. לאחר קרבות רבים וקשים הצליחו הרומאים לכבוש את מצודת האנטוניה, משם יכלו לתקוף בקלות את בית המקדש עצמו. בשלב זה (י"ז בתמוז) נפסק קורבן התמיד בבית המקדש. נאום נוסף של יוסף בן מתתיהו אל הנצורים הצליח לשכנע כמה מהם (מהשכבות הגבוהות של החברה) ליוצאת מהעיר ולהיכנע.
בחצרות בית המקדש הצטופפו לוחמים יהודים ואזרחים רבים שקיוו למצוא מקלט בחסות ה'. כאשר החלו החיילים הרומאים לתקוף את המקדש מכיוון האנטוניה, ניסו הלוחמים היהודים למנוע מהם את הגישה אליו על ידי הצתת הסטווים. לאחר מאבק עז, שכלל הצתת הסטיו הצפוני על ידי החיילים הרומאים, הם הצליחו לפרוץ לרחבת הר הבית וניגשו לפריצת חומות בית המקדש עצמו. טיטוס כינס את מפקדי הצבא כדי להחליט מה לעשות בבית המקדש עצמו – האם להורסו או, כפי שהרומאים נהגו בדרך כלל, להשאירו עומד כסמל לניצחון הרומאי וגם מתוך כבוד לדתות האחרות – כמקובל בתרבות ההלניסטית. הידיעות שיש בידינו בנושא זה הן סותרות, ולא ברור האם טיטוס ציווה בסופו של דבר על הרס המקדש או שרצה למנוע את הריסתו וזו אירעה בלהט הקרב. כך או כך, בסביבות ט' באב פרץ הצבא הרומי אל תוך המקדש והעלה אותו באש. האנשים הרבים שהסתתרו בחצרות המקדש נשרפו או נרצחו באכזריות על ידי החיילים הרומים.
עתה פנה הצבא הרומי לכבוש את שאר חלקי העיר ולשורפם – תחילה את העיר התחתונה, ובח' באלול את העיר העליונה. אנשי העיר הנותרים נטבחו על ידי הצבא הרומי, והניצולים נמלטו אל תעלות הביוב והניקוז. ואכן בחפירות אביגד בעיר העליונה נמצאה שכבת הרס ושריפה התואמת את חורבן בית שני. בתום הקרבות נחרבה ירושלים וחרב בית המקדש. מהעיר המפוארת שרדו רק שלושת המגדלים של המצודה והכתלים שתמכו ברחבת הר הבית.
* אילי ניגוח - כלי מצור שנועד לפריצת שערים וחומות. הכלי מורכב מקורת עץ התלויה על חצובה ובחלקה הקדמי היא מצופה במתכת. נדנוד של הקורה על החצובה מייצר תנופה שמתווספת למשקלה של הקורה בהפעלת כוח ממוקד. כדי להפעיל את איל הניגוח באופן יעיל יש לקרבו אל המטרה בזווית ובגובה מתאימים. לשם כך היה צורך פעמים רבות לבנות סוללות.
