כוחות האבטחה הרומיים, שכללו פרשים וקשתים, הצליחו בדרך כלל לבלום את גיחות המורדים, ולמנוע מהם לשבש את המשך ניגוח החומה, אולם קבוצת לוחמים יהודים, שהגיחה משער סמוי במגדל היפיקוס, סמוך לתפר בין החומה הראשונה והשלישית, הצליחה להצית את מכונות המצור בגזרה זו, לאחר קרב קשה עם הלגיונרים הרומיים. טיטוס מיהר עם פרשיו לזירה והדף את התוקפים חזרה לחומה. אחד הלוחמים היהודים שנתפסו במהלך הקרב, נצלב אל מול החומה, כדי לשבור את רוח המורדים.
אחרי שנכשלו ניסיונות המורדים לשרוף את מכונות המצור הרומיות, הם ניסו לפגוע ביעילות השימוש באילי הניגוח בכל מיני דרכים: הם שלשלו מהחומה חבלים שחבקו אותם, וניסו להטות את המהלומות שלהם ולשברם. בנוסף, הם שלשלו מהחומה לוחות עץ מצופים בברזל, כדי לספוג את מהלומות האילים. פעולות מֶנע אלו הצליחו לעכב את המאמצים הרומיים להבקיע את החומה.
טיטוס, כתגובה, קידם אל החומה שלושה מגדלי מצור בגובה של כ-25 מטר. ממרומי המגדלים יכלו הרומאים לשלוט על החומה, ולפגוע במגינים שעליה בירי קשתים, קלעים ומכונות ירי, בעודם מוגנים בתוך המגדלים. גם התמוטטות אחד ממגדלי המצור לא מנעה מהרומאים להסב אבדות כבדות למגיני החומה, ולמנוע מהם להפריע למאמצי ההבקעה.
בסופו של דבר, לאחר 15 ימים של לחימה קשה, המתקפה הרומית הבלתי פוסקת על החומה נחלה הצלחה. אחד ממגדלי המצור שנשא איל ניגוח גדול מֵמדים (וכונה בפי היהודים "ניקון", כלומר "המנצח") הצליח להבקיע פִּרצה בחומה השלישית בז' באייר.
מכיוון שהחומה השלישית הגנה על השכונות החדשות של ירושלים, שהיו בעלות אוכלוסייה דלילה יחסית ומרוחקות מליבה של העיר, המורדים לא ראו בנפילתה לידי הרומים אסון גדול. לאחר הבקעת החומה בחלקה המערבי, הם נטשו את עמדותיהם על הגזרות האחרות של החומה, ונסוגו אל החומה השנייה כמעט ללא התנגדות. כוחות החלוץ הרומיים חדרו דרך הפרצה, פתחו את השערים בחומה מצדה הפנימי, ואפשרו לכוחות הצבא העיקריים להיכנס ללא הפרעה לתחומי החומה השלישית. שכונת בית זיתא נהרסה כליל בידי הלגיונרים הרומיים, והחומה השלישית נהרסה ברובה כדי לא להפריע להמשך המתקפה הרומית על העיר. צבאו של טיטוס התמקם באֵזור שנקרא מחנה האשורים והחל בהכנות לתקוף משם את החומה השנייה.
המערכה על החומה השנייה.
כדי לכבוש את מצודת אנטוניה, היה על טיטוס להבקיע קודם כל את החומה השנייה. טיטוס לא העריך נכונה את עוצמת ההתנגדות של כוח המורדים שהגן עליה, אך בסופו של דבר הצליח להבקיע דרכה ולכבוש את השטח העירוני שהחומה הקיפה. כיבוש החומה השנייה איפשר לרומאים להגיע עד למתחם הר הבית, ליבה של העיר ירושלים.
ניסיון השתלטות ופריצה.
הצלחת פריצת החומה השלישית גררה מיד לאחריה הסתערות על החומה השנייה. הרומאים ניסו להשתלט על החומה השנייה גם בעזרת סולמות טיפוס. לוחמיו של שמעון בר גיורא הגיחו מהשערים וניהלו קרב פנים מול פנים עם הרומאים, אולם בזאת הייתה עדיפה התנהלותו המנוסה של הצבא הרומי, שהצליח להדוף את המורדים בחזרה אל תוך החומה.
הקרבות במערכה זו עלו ברמה; שורת הלוחמים של שמעון בר גיורא ביצעה פעולות נועזות למאוד שאף גבלו בטירוף. הערצתם הרבה לשמעון הביאה אותם למעשי גבורה מיוחדים, על מנת לטרפד את ההתקפה הרומית על החומה השנייה. אולם אף בצד הרומי עלתה רמת הקרב. מועד חלוקת המשכורות התקרב ובא, מה שהגביר את מוטיבציית הלחימה הרומית. התגמולים הנוספים המיועדים עבור מבצעי מעשי גבורה, העלו את תעוזתם של רבים מהחיילים. יוסף בן מתתיהו מספר כי באותו זמן, פרש בשם לונגינוס הסתער במהלך הקרבות אל תוך היהודים, הטיל כידון לתוך גופו של אחד היהודים והרגו, ובתוך כדי המשך דהירה שחרר את הכידון מגופו ודקר בו יהודי אחר. מעשה גבורה זה היה למושא קנאה במחנה הרומאי.
קריסת המגדל ופריצת החומה.
כאשר התקרבו אנשי טיטוס אל החומה השנייה, נלחמו בהם אנשיו של יוחנן מגוש חלב מהר הבית וממצודת אנטוניה, בגיחות אל מחוץ לחומות. אנשיו של שמעון בר גיורא שמרו על החלק של החומה השנייה אשר הגן על העיר העליונה, בצפון מערב. פניותיו של יוסף בן מתתיהו אל הנצורים, והפצרותיו כי יניחו את נשקם, לא שכנעום להיכנע, והמלחמה נמשכה במלוא עוזה. ברור היה לצדדים כי העניין לא יסתיים בהסדר, וכי המדובר במלחמה לחיים או למוות. בשלב זה החל טיטוס צולב את השבויים שנפלו לידיו, מאות אנשים מדי יום, והעמידם אל מול הנצורים שעל החומה, למען יראו וייראו.
מבצע ההשתלטות על החומה, שנמשך כמה ימים, לא הצליח. טיטוס פקד על קידום מגדל מצור אל מול אחד ממגדלי החומה השנייה. המורדים העריכו כי לאחר פריצת החומה יהיה על הרומאים ללחום בתוך סמטאותיה הצרות של ירושלים, מה שלא יאפשר את יישום שיטת לחימת היחידות הרומאית, המאורגנת והעקבית. כך שהיהודים ידעו לעצמם שבתנאים אלו יתרונם יהיה גדול, הן משום מבנה שטח הלחימה העירוני, והן משום התמצאותם במבואות העיר הצפופה.
שמעון בר גיורא רצה להרוויח זמן מה נוסף כדי להיערך בהתאם לשלב בו תנאי הלחימה יהיו לטובתם. הוא שלח את קסטור, אחד מלוחמיו, להוביל את טיטוס אל משחק הונאה מבוים. ביום י"ב באייר, בשלב בו החל איל הברזל לזעזע את המגדל, קסטור ועשרה לוחמים שהמתינו עמו הופיעו מבעד לגדר שעל החומה והחלו בהצגה. קסטור נפנף בידיים פרוסות וביקש רחמים מטיטוס, כמה מהלוחמים שעל החומה הביעו אף הם את רצונם להיכנע. אחרים צעקו כי אינם מוכנים בשום אופן להיכנס תחת מרותו של טיטוס, הם הוציאו את חרבותיהם והציגו כאילו דוקרים את עצמם למוות בעודם נופלים לאחור. טיטוס ואנשיו צפו במחזה בלא להשכיל כי הוא תעתוע גרידא, תוך שהם משביתים לפי שעה את מלאכת הביקוע, ובכך נותנים למורדים זמן יקר להיערכות. התוכנית הצליחה. כאשר עמד טיטוס על מעשה ההונאה, הוא פקד להאיץ את מהלומותיו של איל הברזל עד שקרס המגדל, אך בינתיים הספיק שמעון להכין היטב את הכוחות למתקפה בתוככי העיר.
הקרב בעיר הפנימית.
לאחר שנפרצה החומה, חדר טיטוס בלוויית כוח בן 1,000 לוחמים, שמנה גם קבוצת קשתים. הפלישה נעשתה בזהירות. הם התקדמו אט-אט אל תוך העיר דרך הרובע החדש, בו היו חנויות צמר, שוק הבגדים ובתי המלאכה של הנפחים. כאשר הגיעו הרומאים אל עומק העיר הפנימית תקפו אותם כוחותיהם של שמעון בר גיורא ויוחנן מגוש חלב: חלקם התפרצו מתוך הסמטאות, חלקם מגגות הבתים, וחלקם הגיחו מהשערים העליונים ויצאו ללחום מחוץ לחומה בהבהילם את החיילים הרומיים שנותרו לשמור על החומה. אלו האחרונים קפצו מהמגדלים ונמלטו בחזרה אל המחנה. קול ההמולה היה גדול, קריאות הצעקה לעזרה נשמעו משני האגפים; אלו שנדחקו החוצה ואלו שנלכדו בעיר. הלוחמים היהודים נאספו ובאו אל הזירה ומספרם הלך וגדל מרגע לרגע. היכרותם את סמטאות העיר הורגשה היטב בשטח. היא העמידה אותם ביתרון בולט והביאה לפגיעה רבה בצד הרומאי. כדי למתן את ההדיפה היהודית, הצליח טיטוס בסיועו של הטריבון הצבאי דוֹמיטיוּס סַבִּינוּס לרכז כוח קשתים שיחפה על הכוח הרומי עד לנסיגתו אל מעבר לחומה.
מרדכי גיחון מצביע על מקרה זה כדוגמה מובהקת ליתרון המוחשי של הפעלת כוח עתודה בצבא הרומי, כמו זה שבעזרתו הצליח טיטוס לחלץ את כוחותיו בשלום.
טיטוס, בסטייתו מהתוכנית המקורית, גרם בפריצתו המהירה אל העיר לפצועים ולנפגעים רבים בשורותיו, דמורליזציה במחנה הרומאי ובהתאם לזאת – הארכת ימי המצור. המורדים הסתובבו בתוך העיר בתחושת התרוממות ומצב רוח מרומם. הם היו משוכנעים שכעת לא ישובו הרומאים לנסות להיכנס אל העיר.
ההשתלטות מחדש.
טיטוס חזר לתוכנית המקורית, ופקד על הלגיונות להקים ארבע סוללות משני עברי החומה השנייה: שתיים לעבר מצודת אנטוניה ושתיים אל מול החומה הראשונה, מה שיאפשר לו לכבוש את הר הבית והעיר העליונה. עם זאת הוא הורה על כוחותיו להיכנס ולהשתלט מחדש על החומה, אולם המורדים חסמו בגופם את הפִרצה בחומה ומנעו את כניסת הרומאים.
באותו יום (י"ב באייר) החל מועד תשלום המשכורות התלת-שנתיות בצבא הרומאי, שנמשך על פני ארבעה ימים. אירועים מסוג זה היו מלווים בטקס צבאי. החיילים, כשהם עטויים בשריון מלא, צעדו עם נשק שלוף, הפרשים קישטו את סוסיהם בצעדה, וכל שטח המחנה התמלא בברק כסף וזהב שהתנוצץ למרחקים. חומות העיר וגגותיה היו עמוסים ביהודים שעלו לצפות במחזה המרשים והמאיים.
במקביל לטקס תשלום המשכורות, הלחימה הקשה על החומה השנייה ועבודות בניית הסוללות נמשכו. ביום האחרון של תשלום המשכורות (ט"ז באייר) הצליחו הרומאים להשתלט על החומה השנייה. עם השלמת ההשתלטות הורה טיטוס על הריסת חלקה הצפוני, זאת כדי להקל על העבודות מול אנטוניה, אך את הקטע הדרומי שלה, הסמוך יותר לחומה הראשונה, השאיר על מכונו עם משמרות אבטחה להגנת האגף, כדי שתשמש מחסום לגיחות היהודים מהעיר העליונה.
ניסיון החדירה אל העיר והמקדש.
הקמת שני זוגות סוללות-המצור.
העיר הייתה כבר למעלה מחודש תחת תנאי מצור, אולם לא הייתה חסרה במים. החורף של שנת 70 היה משופע בגשמים, ובורות המים הרבים שבעיר סיפקו את צורכי יושביה. לעומת זאת, מחיר המזון זינק יותר ויותר והרעב השתלט בעיר. למי שעוד היה מעט מזון, היה נאלץ לאכלו בהיחבא, כדי שלא יחטפו את מזונו ממנו. הרעב, שהלך התחזק, עודד את הנצורים להסתנן אל מחוץ לעיר ולתור אחר מזון - משימה שסיכנה את מבצעיה בשל מארב הרומאים, כמו גם מחמת התנכלות הקנאים. מרבית המסתננים נתפסו בידי הכוחות הרומאים, עונו ונצלבו בתנוחות שונות, כשהם משמשים מטרות שעשוע. מספר הנתפסים היה כה רב, עד כי נוצר עומס במקומות הצליבה.