Византийцам было ясно, что борьба вступила в заключительную фазу. Грозная опасность заставила императора Константина начать срочную подготовку к обороне столицы. Бегство знатных константинопольцев на Запад приняло самые широкие масштабы.
Тучи над столицей империи быстро сгущались. Зима 1452/1453 года прошла в военных приготовлениях с обеих сторон. По рассказам современников, мысль о завоевании Константинополя не давала покоя султану. Даже по ночам он призывал к себе опытных людей, знакомых с расположением укреплений великого города, чертил с ними карты города, тщательно обдумывая план будущей осады. Первостепенное значение он придавал созданию мощной артиллерии и собственного турецкого флота.
По приказу султана близ Адрианополя была создана огромная мастерская, где срочно отливали пушки. Одна из них была невиданных размеров, для ее перевозки к стенам Константинополя потребовалось 60 волов и многочисленная прислуга.
В начале марта 1453 года Мехмед II разослал приказ по всему своему государству о наборе войск, и к середине месяца под знаменами султана собралась многочисленная армия, насчитывавшая около 150 000–200 000 воинов.
Готовясь к нападению на Константинополь, Мехмед II захватил последние, остававшиеся под властью Константина XI, города: Месемврию, Анхиал, Визу. В начале апреля 1453 года передовые полки султана, опустошив пригороды Константинополя, подошли к стенам древней столицы империи. В Мраморное море вошла турецкая эскадра из 30 военных и 330 грузовых судов, а через две недели прибыли турецкие корабли из Черноморья (56 военных и около 20 вспомогательных судов). Железное кольцо турецкой осады охватило Константинополь и с суши, и с моря.
Неравенство сил воюющих сторон было разительным. Огромной турецкой армии и внушительному флоту византийское правительство могло противопоставить лишь горстку защитников города да небольшое число латинских наемников.
Турки имели огромное техническое превосходство над византийцами на суше, созданная Мехмедом II артиллерия не имела себе равных в Европе. По словам византийского историка XV века Критовула, «пушки решили все».
Однако, несмотря на огромное превосходство, турецкие войска длительное время терпели неудачи. Непрерывный обстрел города, при несовершенстве техники стрельбы и неопытности турецких артиллеристов, первоначально не принес желаемых результатов. Несмотря на частичное разрушение отдельных укреплений, осажденные успешно отбивали атаки турок. Особенно болезненно султан переживал неудачи на море.
Генеральный штурм города был назначен султаном на 29 мая. Мехмед II, чтобы воодушевить своих воинов, обещал им в случае победы отдать на три дня великий город на разграбление. Муллы и дервиши сулили тем, кто падет в бою, все радости мусульманского рая и вечную славу. Они разжигали религиозный фанатизм и призывали к истреблению «неверных».
На рассвете 29 мая 1453 года лавина турецких войск двинулась на город. Первый натиск турок был отбит, но за отрядами новобранцев, посланных султаном на приступ первыми, под звуки труб и тимпанов двинулась основная армия турок. Так или иначе, турки ворвались в осажденный город. Вид турецкого знамени, развевавшегося на башне ворот св. Романа, вызвал панику среди итальянских наемников. Однако и тогда сопротивление византийцев не прекратилось.
Константин XI с кучкой храбрецов бросился в самую гущу сражения и погиб под ударами турецких ятаганов. Мехмед II, желая собственными глазами убедиться в смерти врага, приказал своим солдатам разыскать его труп. Его долго искали среди груды мертвых тел и обнаружили по пурпурным сапожкам с золотыми орлами, которые носили только византийские императоры. Султан повелел отрубить голову Константина XI и выставить ее на высокой колонне в центре завоеванного города. Пленные константинопольцы с ужасом смотрели на это зрелище.
Ворвавшись в город, турки перебили остатки византийских войск, а затем стали истреблять всех, кто встречался на их пути, не щадя ни стариков, ни женщин, ни детей. «В некоторых местах, — пишет Сфрандзи, — вследствие множества трупов совершенно не было видно земли». По городу, продолжает этот очевидец событий, сам захваченный в плен турками, неслись стенания и крики множества убиваемых и обращаемых в рабство людей. «В жилищах плач и сетования, на перекрестках вопли, в храмах слезы, везде стоны мужчин и стенания женщин: турки хватают, тащат, обращают в рабство, разлучают и насильничают».