המורדים היהודים, למרות תשישותם הרבה, לא ישבו בחיבוק ידיים. הם הטרידו שוב ושוב, הן את הכוחות שהתפרסו סביב ירושלים לצורך כריתת והובלת העצים, והן את אלה שעסקו במלאכת הבנייה. אולם למרות הניסיונות העיקשים, הבנייה התקדמה.
המורדים עברו אפוא לשיטה חדשה: הצתת הסטווים שמפנים לחומת הר הבית, כדי לשבש את יכולת הגישה של הרומאים אל ההר.
לאחר כעשרת ימי פעילות, בכ"ז בתמוז, מילאו המורדים חומרי בערה (גזירי עץ, חמר וזפת) בחלל שבין קורות הגג של הסטיו המערבי לבין תקרתו, ונטשו את עמדות השמירה, תוך שהם מציגים עצמם כמותשים. החיילים הרומאים, שלא הבחינו בתרמית, מיהרו לטפס אל החומה בעזרת סולמות שהציבו, ובשעה קלה החל גג הסטיו להתמלאות בחיילים. כאשר היה הגג עמוס בלגיונרים, העלו המורדים את הסטיו באש, שהתפשטה במהירות וכילתה את הסטיו כולו, כשעליו לכודים חיילים רומים רבים שנשרפו למוות.
למחרת אותו היום, בכ"ח בתמוז, העלו הרומאים באש גם את הסטיו הצפוני.
התחזקות הרעב.
בינתיים הרעב בעיר הלך והחריף. בניסיון לאיתור דבר מאכל היו מתרחשות פריצות לבתים בתדירות גבוהה, ועל הגוססים, עם דעיכתם, היו נערכים חיטוטים בבגדיהם. גם בתוך הבתים, איתור מזון כלשהו היה גורר תגרת ידיים בין בני הבית. מבין אלו שהשיגו דבר מאכל היו נאלצים לרדת אל מערכת תעלות הניקוז שמתחת לעיר כדי שיוכלו לאכול את מזונם ללא חשש שיחמסו אותו מהם. אלי שוקרון, חשף בחפירות שערך במקום ממצאים המעידים על שהייתם של תושבי העיר שהסתתרו במנהרות אלו כדי לאכול את מזונם בבטחה. מפרט המזון בעיר כלל בשלב זה גם עשבים וצמחים ואף פרטי לבוש שונים, כמו עור המנעלים. יוסף בן מתתיהו מספר על מקרה קניבלי קיצוני בו אישה בשם מריה בת אלעזר ברוב רעבונה ותסכולה טבחה את בנה הפעוט ואכלה ממנו ברעבתנות. כך גם מופיע בספרות חז"ל:
על עצם קבלת הדברים כעובדה היסטורית, היו שפקפקו בסיפור. אולם ניתן להבין כי הדברים, שמביעים באופן חד את זוועות המצור, השפיעו עמוקות על התודעה שנצרבה בהיסטוריה היהודית בעקבות כך, ונתנו את המשקל הכבד לקביעת תשעה באב כיום צום ואבל. מה גם שהיה בכך מימוש ההתראות שבתנ"ך שהזהירו על כך בכמה מקומות. הדבר בא לידי ביטוי גם בהופעות הרבות של מאורע רב רושם זה בספרות החיצונית, בספרות חז"ל ובתוך הקינות לתשעה באב.
לדברי הסופר הנוצרי סולפיקיוס סוורוס (425-363 לספירה), בשלב זה יהודים רבים היו מתים ברעב "והרחובות החלו להתמלא בכל מקום בגופות המתים", משום שכבר "לא ניתנה בידם האפשרות לשלום ואף לא לכניעה".
ההתקפה על חומת הר-הבית.
לאחר שלושה שבועות של עבודה, בח' באב, השלימו הרומאים את הקמת מערך הסוללות מול החומה הצפונית והמערבית של הר הבית. בשבוע שקדם למועד זה הרעישו הבליסטראות הרומיות את חומות הר הבית ללא הפסק, אך לא הצליחו לגרום להן נזק משמעותי. גם ניסיון של כוחות הנדסה רומיים לחתור תחת יסודות השער הצפוני של הר הבית הסתיים בכישלון. עתה פתחו הלגיונות הרומיים במתקפה משולבת על החומות בפינה הצפון-מערבית של מתחם הר הבית באמצעות אילי ניגוח שקודמו אל החומות, וכוחות שטיפסו עליהם מהסוללות באמצעות סולמות.
המורדים המתינו עד שהחיילים הרומיים הגיעו כמעט עד לראש החומה, ומכונות המצור נאלצו להפסיק את ירי החיפוי שלהם כדי לא לפגוע באנשיהם, ואז תקפו אותם בכוח רב. הם הרגו ליגיונרים רבים שסיימו את הטיפוס על החומה, אך עדיין לא הספיקו להתארגן להגן על עצמם ולאחוז במגניהם, ודחפו והפילו לאחור סולמות עמוסים חיילים, שבלטו מעבר לקו החומה. לאחר קרב קשה נאלצו הרומאים, שספגו אבדות כבדות, להפסיק את המתקפה ולסגת מהמאחזים שתפסו על החומות
בשלב זה החליט טיטוס להפסיק את המאמצים להשתלט על חומות הר הבית, והורה להצית את השערים הצפוניים של המתחם, שהיו מצופים בכסף. האש התפשטה במהירות, שרפה את השערים והתפשטה גם אל הסטווים משני עבריהם. המורדים, שנתקפו בהלם מעוצמת השרפה, לא ניסו לכבות אותה ונאלצו לפנות את עמדותיהם על החומות, והיא המשיכה להשתולל באין מפריע כל היום ובלילה שאחריו.
למחרת, בט' באב, הורה טיטוס לכבות את האש, כדי לאפשר לצבאו גישה נוחה אל מתחם הר הבית, והמתחם הפנימי של בית המקדש.
הכרעת המרד והחורבן.
המערכה על הר הבית.
דיון על עתיד המקדש.
טבעת הכיבוש והדיכוי ההולכת ומתהדקת הצביעה בבירור על כיבוש הר הבית והמקדש. השאלה הייתה רק של זמן. טיטוס רצה להחליט מראש את גורל הבית, ולשם כך כינס עוד באותו היום – ט' באב - את הצמרת הצבאית שלו.
בישיבה הגורלית השתתפו בכירי המפקדים וטריבונים נוספים. בהם:
אין תיעוד מהימן ואובייקטיבי דַּיו מאותה אספה, ומשכך אין קווים ברורים לדעותיהם של המשתתפים בה, ובמיוחד לדעתו של טיטוס שהנחה את המערכה. לדברי יוסף בן מתתיהו, היו שטענו כי יש לשרוף את המקדש, כנוהג המלחמה, והיו שטענו כי אם לא ינהלו היהודים מלחמה מתוכו – יש להניחו. לדבריו, טיטוס לעומתם טען כי אף אם תיערך מלחמה מתוכו על ידי המורדים, יש לעשות הכל כדי להותירו בשלמותו. גרסתו של יוסף בן מתתיהו, לפיה לא הורה טיטוס על החרבת המקדש נתמכת על ידי העובדות הבאות: הרומאים נהגו, פרט למקרים חריגים (כגון במקדש הקרתגי), שלא לפגוע במקדשי המקומיים (מסיבות טקטיות-המשכיות-פרגמטיות ואף מיחס של כבוד לאלוהיות השונות). רומאים נהגו כלפי ערים מורדות להותיר בהן מספר מבנים כדי שישמשו אנדרטה דוממת להנצחת העוצמה הרומית. כמו כן שמשו השרידים בבחינת אות אזהרה למקומיים בדבר גחמות מרדניות לעתיד.
אך לעומת התיאור ב"מלחמת היהודים", יוסף בן מתתיהו עצמו, בחיבורו "קדמוניות היהודים" (שפורסם רק בשנות ה-90, לפחות 12 שנים לאחר מותו של טיטוס), מציין את "היום שבו כבש ושרף טיטוס את בית המקדש ואת העיר". ובמקום אחר ב"מלחמת היהודים" הוא מספר שאספסיאנוס הורה על הריסת מקדש חוניו במצרים, מה שמראה שהרומאים לא נמנעו מלהחריב מקום פולחן כאשר מדובר בשיקולים ביטחוניים. מלבד זאת, ידוע כי הרומאים הרסו יותר מפעם אחת מקדשים בערים שצרו עליהן ומצאו לכך צידוקים דתיים.
בניגוד לתיאורו של יוסף בן מתתיהו ב"מלחמת היהודים", הכרוניקן הנוצרי סולפיקיוס סוורוס (המאוחר מיוספוס בלמעלה מ-300 שנה), טוען כי טיטוס הורה במתכוון על החרבת ושרפת המקדש. לטענתו, טיטוס טען כי כל עוד יעמוד המקדש על איתנו, ימשיכו היהודים במרדנותם. סוורוס התבסס כנראה על חיבור אבוד של טקיטוס או של סופר רומי אחר שלא היה מחויב לקיסרים הפלאביים, וגרסתו עולה בקנה אחד עם השתדלותו של יוספוס לחפות בדיווחיו על אחריותו של המצביא הרומי. רוב ככל החוקרים נוטים לקבל גרסה זו.
הקרב האחרון על הר הבית ושרֵפת בית המקדש.
בי' באב, עמדו הכוחות הרומיים בצדי ההר, והיהודים התבצרו בתוך המקדש. העייפות, הרעב והחרדה פוגגו את רוח הלחימה של המורדים, והם רותקו אל עמדותיהם. כוח רומי שיצא אל תוך רחבת הר הבית הצליח לגרור אליו את המורדים שהגיחו מהעזרה דרך עזרת הנשים. קרב שנמשך כשלוש שעות התפתח ביניהם, ולא הושגה הכרעה עד ששלח טיטוס כוח פרשים שהניס את היהודים אל מתחם העזרה. טיטוס שב לעמדת התצפית שלו בראש אנטוניה, ושם העלה את התוכנית לצור על בית המקדש ולתקוף את המורדים בתחילת היום שלמחרת.
לפי יוסף בן מתתיהו, בעוד הרומאים עוסקים בפקודת טיטוס בכיבוי האש שאתמול שימשה אותם לפריצה למתחם, תקפו אותם המורדים. הרומאים רדפו אחריהם עד ההיכל, ואחד החיילים לקח לפיד מהאש ודרך חלון הצית את המבוא מצד צפון ללשכות הסובבות את ההיכל. בן מתתיהו אף מציין כי טיטוס נזעק למקום ופקד לכבות את האש, אך קולו לא נשמע בשל זעקות הקרב והמהומה ששררה במקום, וחייליו תאבי הנקם מיהרו להגביר את האש. כתבים היסטוריים מאוחרים יותר מייחסים את ההחלטה לטיטוס. כך או כך, לקול זעקת היהודים, אחזה האש בלשכות המקדש והתפשטה אל כל עבריו.
מספר פרטים בתיאורו של יוספוס נראים כלא סבירים: התלקחותו מלפיד אחד בלבד של מבנה מאסיבי כל כך העשוי מאבן ומתכת, וההפרה המופגנת של פקודת טיטוס על ידי החיילים. בנוסף על כך, אין שום אזכור לחרטה כלשהי מצד אספסיאנוס וטיטוס על שריפת המקדש והם אף חגגו את המאורע במצעד הניצחון ברומא, בו נישא תיאור חזותי של המקדש הנשרף.
דיו קסיוס מתאר את הקרבתם העצמית של היהודים בקרב על הר הבית: "היהודים...כאילו מצאו פיסה של מזל טוב נדיר בכך שבאפשרותם להילחם בקרבת המקדש וליפול על הגנתו...ואף על פי שהם היו רק קומץ הנלחם נגד כוח שעולה עליו בהרבה, הם לא נכבשו עד שחלק מהמקדש הועלה באש. אז הם קיבלו את מותם ברצון, חלקם משליכים עצמם על חרבות הרומאים, חלקם הורגים זה את זה, אחרים לוקחים את חייהם שלהם, ואחרים קופצים אל תוך הלהבות... זה היה ניצחון וישועה ושמחה עבורם על כך שהם מתו יחד עם המקדש". יוסף בן מתתיהו מספר על שניים מנכבדי הכוהנים שניתנה להם האפשרות לעבור אל הרומאים ולהינצל, אך בחרו בגורל עמם והפילו את עצמם אל תוך אש שריפת המקדש.
דיו קסיוס סבור ש"ירושלים נחרבה בדיוק ביום סטורן", כלומר בשבת, אולם הוא אינו מבחין בתיאורו בין השלבים השונים בנפילתה של העיר.