在安條克被疾病與饑荒折磨，在戰鬥以及漫長的征途中遭遇數不勝數的災禍，環境如此艱苦以致這些在戰鬥中變得心硬如鐵的人們開始生啖人肉——也難怪在經歷了所有這一切後，當十字軍終於在1099年6月7日抵達耶路撒冷時，人們會深深地感到如釋重負，重拾歡愉。在隊伍終於抵達目的地時，一位編年史家忍不住喜極而泣地記錄下這一幕。
然而，要做的事還很多。耶路撒冷防守嚴密，城牆高聳，防禦工事和駐軍都已經備戰了好幾個月，就等西方的騎士們到來。十字軍將領們聚集起來，共商如何進攻該城，此時唐克雷德突發痢疾，退到城郊一處山洞裡休息。就在那裡，他居然發現了之前其他勢力攻城時遺留下來的建造攻城機械的物資。這是十字軍交好運的又一個時刻。 他們在當地收集有用的物資，隨後得知六艘熱那亞的船隻駛入了雅法港，帶來了供給品，還有繩索、鎚子、釘子、斧頭和短柄小斧。 儘管要把這批物資運回營帳中還須來回五十英里，穿越並不安全的地域，但這已經是天賜好物了，這直接決定了整場征討的成敗與否。
儘管已經聽聞了西方騎士們之前的多場勝利與赫赫威名，但耶路撒冷的守軍仍然有很好的理由認為自己能夠擊退他們的進攻。與安條克一樣，這座城市有著令人望而生畏的防禦工事。此外，進攻一方雖然數量依然可觀，但在之前長達兩年的征途中，其實力已經大幅削減，很多人戰死或病死。據估計，西方的軍隊在到達耶路撒冷時，其規模僅剩出發時的三分之一。 十字軍在城牆外所面臨的艱苦處境也能讓聖城內的居民們寬心不少。這一次，最主要的問題不是缺少口糧。正如沙特爾的富歇所言：「我們的人並非苦於沒有麵包或肉食。可這個地方非常乾燥，沒有供水，也沒有溪流。我們的人和牲畜都缺少飲用水。」
守軍早已預料到進攻的來臨，於是事先就把耶路撒冷城外的水井都堵死或下了毒。結果就是，十字軍從最近的水源地取來乾淨水，需要來回奔波12英里。他們把水牛或公牛皮小心地縫成袋狀，用於安全大量地運送水。敢於外出尋找水源者，都面臨著遭遇伏擊的風險。而等這些運水者回到營中，往往會引發激烈的爭吵，因為人們都非常乾渴，而天氣是那麼炎熱。有些人認為，自己冒險取回水不應只獲得同僚的感謝和讚賞，於是堅持要用水者付錢。結果就是，運回來的水並沒有公平地分發，而是以近乎搶劫的價格被售賣出去。即使對那些願意也有能力付錢的人來說，這也並非物有所值：這些水有時候非常污濁，充滿泥沙，有時甚至還有水蛭。骯髒的水會導致生病。有目擊者曾描述過人們飲用不幹凈的水之後如何開始劇烈嘔吐、痙攣，甚至還導致暴死。
至於那些無力從貪婪的同僚那裡買水的人，他們能做的選擇非常少。最有可能的水源是西羅亞水池（Pool of Siloam）。它位於耶路撒冷城牆外，源頭是一眼天然的泉水，適合飲用，至少在某些時段不會斷流。但想要接近水池就是另一回事了：由於水池非常接近城牆，從城牆上瞄準，就可能是致命的一擊。 有時還可能遇上伏擊，有些冒險前往的十字軍戰士就因遭遇埋伏而喪命，還有些人被俘虜，此後再無音信。
耶路撒冷的居民們還因為從強大的開羅維齊爾阿夫達爾（alAfdal）那裡傳來的信息而感到寬心。消息稱，他將前來解圍，15天後就能趕到。他的信使之一被抓住了，在重刑折磨之下說出了這個消息，而這讓十字軍感到警醒。他們的情緒因為一隻被蒼鷹中途攔截的信鴿攜帶的便條而更加緊張。便條中把西方的騎士們描述為愚蠢、莽撞並且毫無秩序，敦促阿卡和凱撒利亞的伊斯蘭總督們進攻十字軍，並強調如果他們這麼做的話，將會輕而易舉地有所斬獲。
西方騎士們的回應是，加緊實施攻克耶路撒冷城的計畫。1099年7月8日，他們舉行了一次莊嚴的遊行，騎士們高舉十字架，赤著腳圍著耶路撒冷的城牆行進，祈求上帝的幫助和憐憫。耶路撒冷城中的居民卻利用這個場合來盡情獵殺目標，用箭射殺正在圍城遊行的人們。在他們看來，這支邋裡邋遢又不斷遭受騷擾的西方軍隊，實在不足為懼。
當然，十字軍也不僅依靠上天的憐憫來獲得成功。他們迅速建起了兩座攻城塔，並即刻向著城牆立了起來，一座位於城的南面，另一座靠近護衛耶路撒冷西面的四方塔（Quadrangular Tower）。城中的守軍密切監視著攻城塔的建造和豎立，並相應地增強了防守並部署了資源。
在7月的酷熱中，十字軍又採取了一項在戰略上非常出色的舉動，並因此獲得了決定性的優勢。本來已經在四方塔附近豎立起來的攻城塔，在7月9日夜裡又拆掉了，改而移到城北豎立起來。他們已經確認那裡的防守更弱，地勢也更為平坦。 接下來，對耶路撒冷的進攻就正式開始了。他們很快就佔據了一條防守壕溝，摧毀了外城牆的一部分。隨後投石器提供了必要的掩護，軍中的弓箭手則製造箭雨傾瀉到守軍頭上。十字軍使用了一個巨大的攻城錘，足以在防護工事上敲開一個缺口，讓圍城塔能靠上主牆。為了掃清道路，他們沒有再拉回攻城錘，而是為了節約時間直接一把火把它燒了。圍城塔在熊熊火焰中逐漸架設到位，而工兵則開始從牆根下挖地道。其他人爬上圍城塔頂，與守衛城牆的兵士交戰，沒多久就在護牆上佔得一席之地。 忽然之間，耶路撒冷就開始顫抖了。
在城北的攻勢迅速取得進展之時，針對南面城牆的攻勢也同步展開。另一座設計精良、結實可靠的圍城塔早已架上了護牆。不過，事實證明，它的價值與其說在於對攻勢的幫助，還不如說在於吸引了火力，分散了守軍對其他地方攻勢的注意力。守軍們認為，他們在南面更容易遭受攻擊，因此主要把資源集中在那一面：耶路撒冷城中的15座彈射器，有9座都被部署來保護南面。其他一些能夠向基督教軍隊投射火球的裝置也主要集中在這裡。他們對南面的防守是成功的，圍城塔被燒掉了，西方騎士們傷亡也很慘重。他們的反攻非常成功，以致由圖盧茲的雷蒙率領的十字軍隊伍都打算撤退了。只是在聽說其他各處的進攻勢頭良好的消息之後，十字軍才重拾攻勢。就在南面的圍城塔被燒毀，油與箭雨傾瀉在西方騎士身上的時候，消息傳來——北面的同伴已經攻破了城牆，湧入城中。
耶路撒冷城中的抵抗迅速瓦解。守軍指揮官伊夫提克哈爾·阿德-達瓦拉（Iftikhar ad-Dawla）一心只管自己的安危，與西方軍隊的領導人做了一筆交易：他交出聖城，而十字軍則讓他安全撤到主塔中。他打算在那裡堅守到開羅維齊爾的軍隊到來。十字軍遵守了約定，讓他、他的妻子們以及選定的其他一些人安全離城。 但這位穆斯林將領本應該更小心提防點才是：邁阿賴努阿曼的總督也曾經在1099年春與博希蒙德達成了類似的協議，但他一出城就遭到了屠戮。
耶路撒冷城在1099年7月15日落入十字軍手中。拉丁文獻極盡想像之能事，盡情描述了西方人湧進城中時的情景：「有些異教徒被仁慈地直接斬首，一些人被從塔上射來的箭射穿，另有些人慘遭漫長的折磨後被扔進熊熊火焰中燒死。成堆的頭顱、手和腿被堆在家宅中和道路上，平民和騎士們就踩著屍體追來逐去。」
這場屠殺的規模是如此浩大，就連最為樂觀積極的見證者也不禁駭然：「幾乎整座城市都堆滿了死屍，倖存者只能把屍體拖到城門口堆起來，堆得像房子那麼高。這樣大規模的屠殺異教徒簡直聞所未聞，焚燒的屍體堆得像金字塔那麼大，除了上帝，誰也不知道到底死了多少人。」
另一位不在場的記錄者這樣回想了當時那場進攻的恐怖：「如果你在場的話，被屠殺者的鮮血必將浸潤你的腳踝。我能說些什麼呢？沒人活下來。女人和孩子，無一倖免。」 對血洗耶路撒冷的描述都是非常聳動、千篇一律的。但這種刻意誇大及對勝利者形象的勾勒其實也是有意為之——他們都以《啟示錄》為依據，意在強調基督勝利的非凡意義。
不過，其他一些文獻則揭示了與攻下耶路撒冷相伴的其他一些場景。一名被嚇壞的穆斯林作者宣稱，僅在阿克沙清真寺就有7萬人被屠殺，包括伊瑪目、學者和正直的人們。 猶太人也遭到屠殺，為當年基督被釘上十字架復仇的呼聲一直在傳揚。十字軍戰士們似乎不是在慶祝，而是在報仇雪恨。
有些人朝拜了聖墓，感謝上帝終於把他們帶到了目的地。但對大多數人來說，還有更重要的事情要做，洗劫的慾望似乎永不滿足。十字軍戰士們聽到流言說，穆斯林為了逃過洗劫，把他們最值錢的財物都吞到肚子里去了。沙特爾的富歇稱：「你要是看到這樣的景象，該是多麼震驚啊!我們的士紳與兵士們，自從發現了薩拉森人的小伎倆之後，就在殺死異教徒之後開膛破肚，為從他們的腸胃裡取出他們死之前噁心地吞到肚裡去的拜贊特金幣!出於同樣的理由，幾天之後，我們的人把屍體堆得老高，一把火燒成了灰，這樣就