לנוכח לשונות האש שליחכו את המקדש, רפתה רוחם של המורדים. היהודים שנתפסו בידי הרומאים, רובם חלושים ומותשים וללא נשק, נטבחו במקום. הלגיונרים לא פסחו אף על קשישים וילדים. מהמגדלים ומהחומות צנחו גופות אל קרקע העזרה, וסביב המזבח נערמו גוויות עד שרצפת המקדש כוסתה מהן. דם רב ניגר במורד מדרגות ההיכל ושטף את המקדש כולו. מספר לגיונרים נכנסו אל ההיכל כשלפידים בידיהם. הם הציתו את צירי השער והאש התפשטה בתוך המבנה. הכוהנים שעמדו על גג ההיכל ותקפו את הרומאים על ידי השלכת מוטות ברזל עם בסיסי עופרת שבמבנה גג המקדש, חדלו לנוכח האש שפרצה כלפיהם, ונסוגו. המקדש, הלשכות והסטווים על תכולתם, היו למאכולת אש.
אלו מהמורדים שעלתה בידם, מילטו את עצמם אל העיר העליונה. הרומאים הסתובבו ובזזו מכל הבא ליד. חיילי הקנטוריות השונות הניפו את נִסיהם והציבו אותם מול שער המזרח והקריבו קרבנות. על טיטוס הכריזו כאימפרטור.
נפילת העיר העליונה.
כיבוש ושרפת המקדש והר הבית פגעו אנושות במורל המורדים, אולם אלו לא נכנעו. הם התבצרו בעיר העליונה שעדיין עמדה על תִלה. הגנתה הבסיסית ניתנה לה הודות לגיא המרכזי שהפריד בינה לבין הר הבית, והודות לחומה הראשונה שהקיפה אותה משלוש רוחותיה האחרות. טיטוס הציע למורדים כניעה ללא תנאים, אך נענה בשלילה.
טיטוס ריכז את ארבעת הלגיונות ממערב לעיר, ופקד על הקמת סוללות על ידיהם, ואת יחידות חיל העזר וכוחות נוספים העמיד במזרח באזור קשת וילסון כדי להכשיר מעבר מההר על העיר. לחימת המורדים התפצלה בהתאם. עיקר הכוח פעל במערב, והמשני במזרח. לצורך בניין הסוללות היה על הרומאים להביא עצים ממרחקים עצומים, אחר שכל סביבות ירושלים היו מקורחות. העבודה נמשכה 18 יום, ובסופם, בז' באלול, קידמו הרומאים את מגדלי המצור על הסוללות המוכנות. ניסיונות ההפרעה של המורדים לא צלחו. מלבד מספרם הרב, הרומאים היו ברוח מרוממת וחדורי מוטיבציה לסיים את ניצחונם הוודאי. היהודים לעומתם היו תשושים, פגועי מורל ונכאי רוח. חלק מהמורדים התייאש ונטש את המערכה אל החקרא או שירד למנהרות תת-קרקעיות. מהלומות אילי הברזל פעלו את שלהן והחומה נפרצה. קבוצה מהמורדים ירדה אל קטע הסמוך לשילוח וניסתה לבקע את הדייק ולהימלט מחוץ לעיר, אך הרומאים הצליחו להדוף אותם ולהניס אותם אל העיר פנימה, שם ירדו אף מורדים אלו אל המנהרות. עם השלמת המערכה במערב העיר, נמלטו מהמקום אחרוני המורדים, והרומאים עלו אל שלושת המגדלים הגבוהים שעל החומה מסביב לארמון הורדוס, הציבו עליהם את נִסיהם, ופצחו בשירי ניצחון המלווים במחיאות כפיים ותרועות שמחה.
טבח, הרס וחורבן.
טבח ושרפה.
לנוכח העדר כל התנגדות מצד המורדים, נהרו הרומאים אל רחובות העיר בחרבות שלופות, טבחו ללא הבחנה בכל הנקרה בדרכם, והעלו באש את הבתים על יושביהם. הסמטאות נערמו בגוויות, העיר הוצפה בזרמי דם, ואש השריפות השתוללה כל הלילה.
בחפירות שנערכו על ידי המשלחת של נחמן אביגד (שנות ה-70 וה-80) נמצאו עקבות שרפה במבנים רבים מתקופת חורבן בית שני. השרפות כילו כל חומר אורגני. בבתים בהם הייתה תקרת קורות בין הקומות, השרפה גרמה להתמוטטות החלק העליון של המבנה עם שורות האבן העליונות, והם קברו תחתיהם את כל מי ומה שנותר בבית. ישנם מבנים בהם נותרו עקבות רק בחלק מהבית, וישנם מבנים שנשרפו לחלוטין. במקומות רבים נמצאו תחמוצות סידן המעידות על תבערה ארוכה שקלתה את אבני הגיר. כך לדוגמה הבית השרוף ובית המידות שברובע ההרודיאני מראים על אש עזה שהשתוללה במקום בעת החורבן.
האש השאירה את חותמה אף על כלי בית וחפצים ששהו באותם מבנים. כלים מאבן גיר הוכתמו באפר או אף נשרפו והפכו לסיד, כלי זכוכית התפקעו ועוותו מחום האש עד שלא ניתן היה לשחזר אותם במעבדה. לעומתם, כלי חרס ובזלת שרדו. שכבת האפר והעץ החרוך שנותרו מהשרפות הגיעו לגובה של כמטר ממוצע, ומפולות האבן הגיעו עד לשני מטרים ויותר.
תפיסת והריגת המורדים שבמנהרות.
עם כיבוש העיר בידי הרומאים, ירדו כל המורדים אל מנהרות תת-קרקעיות, בהן חשבו לשהות עד שישלימו הלגיונרים את הכיבוש, ולאחר מכן, משידללו הרומאים את הכוחות וישאירו רק חיל מצב בסיסי, תתאפשר החמיקה אל מחוץ לשטח העיר. אולם הרומאים ערכו חיפושים נרחבים במנהרות, שלפו מהן את כל הנמצאים והוציאו אותם להורג. יוחנן מגוש חלב הצליח אמנם להסתתר מעיני הרומאים, אך הרעב הכריע אותו ואילץ אותו להיכנע ולהסגיר את עצמו לרומאים. בשלב זה, שמעון בר גיורא עדיין החזיק מעמד במחילות.
במהלך חפירות ארכאולוגיות שנערכו בסביבות ראשית המאה ה-21 בעיר דוד, גילו רוני רייך ואלי שוקרון במזרח הגיא המרכזי, בסמוך לברכת השילוח, קטע של כ-40 מטרים מהרחוב הראשי של ירושלים (רחוב עולי הרגלים) בשלהי בית שני. תעלות הניקוז שמתחת לרחוב לכל אורכו העלו ממצאים נוספים, בהם סירי בישול שנמצאו בשלמותם. דבר שמראה על שהות ממושכת במקום. בריצוף הרחוב, המפריד בינו לבין התעלות שתחתיו, נמצאו כמה פרצות המאפשרות מעבר אל התעלות. בהיעדר אבני מפולת גדולות שעשויות לשבור את הריצוף, ובצירוף ממצאי סירי הבישול, מסיק רוני רייך כי הפרצות נעשו במכוון כפתחים אל התעלות. רייך מקשר את עובדות אלו אל המנהרות שדווחו על ידי יוסף בן מתתיהו. הדברים מקבלים חיזוק נוסף בהקבלתם אל אחד המקורות בדברי יוסף, בהם מתוארת ירידת המורדים באזור ברכת השילוח. בחפירות מאוחרות יותר, שבוצעו בשנת 2017, נמצאו לאורך הרחוב אבני בליסטראות רבות שנורו על ידי הרומאים, וכן ראשי חצים ששימשו את המורדים. בתעלות שמתחת לרחוב נמצאו עקבות שהייה, כמו נר שמן שנמצא באחת מתעלות המשנה. ממצא נוסף שהתגלה בחפירות הוא חרב מברזל באורך 60 ס"מ הנתונה בתוך נדן מעור. החרב כנראה הייתה שייכת ללגיונר רומי.
הביזה.
הרומאים הסתובבו בין בתי העיר ובזזו שלל מכל הבא ליד. בחפירות שנערכו במקום נמצאו ערמות של כלי בית אסופות בפינות החדרים, דבר שעשוי להצביע על הבזיזה. עובדה נוספת שיכולה להצביע כיום על הביזה הרחבה, היא היעדרותם של כלי יוקרה ממתכות יקרות ואבני חן, לעומת כלי בית יומיומיים מחרס ואבן. גם כלי בית מברונזה וברזל לא נמצאו אלא מעטים. מטבעות זהב בנות התקופה לא נמצאו בכל שטחי החפירה (מתוך השכבה הרלוונטית) פרט למטבע אחד. הסבר נוסף לתופעה זו של היעדרות חפצי ערך היא עדותו של יוסף בן מתתיהו על הברחת כלים יקרים מהעיר במהלך המצור ולפניו.
הריסת מבני העיר.
לאחר כיבוש העיר הרסו הרומאים מבנים רבים והעלו באש מוקדים חשובים. כותלי הר הבית פורקו אבן אחר אבן, שורה אחר שורה, עד שהאבנים המפורקות שנערמו לצד הכתלים כיסו את השורות שנותרו קיימות. לא ברור אם הריסת הכתלים הייתה מיד אחר כיבוש העיר או שהחלה רק בשנים המאוחרות יותר. מה שניתן להניח בוודאות, הוא כי הפירוק נעשה בידי הלגיון העשירי (שחנה בעיר למעלה מ-200 שנה מאוחר יותר). קריסת קשת רובינסון מתוארכת אף היא לתקופת זמן זו, ומסתבר כי הריסתה התבצעה על ידי חיילי הלגיון מיד לאחר החורבן. סיבה אפשרית להריסתה, היא צורתה וגודלה שתאמו למבני הנצחה רומיים על הישגים צבאיים, ומשום אי השתייכותה לכך, היא נותצה.
טיטוס פקד להרוס את העיר על חומותיה ולהחריב את בית המקדש עד היסוד. אך את החומה המערבית הוא השאיר כדי שתשמש את חיל המצב שיישאר במקום. וכן, כדי להשאיר עדות על חוזק העיר וביצוריה, הוא ציווה להותיר את שלושה המגדלים הסמוכים לארמון הורדוס - מגדל פצאל, מגדל היפיקוס ומגדל מרים. כיום, זיהויו של המקום כולו עדיין לוט בערפל, אך בחפירות ארכאולוגיות שנערכו באזור נמצא אכן מגדל שחלקו התחתון שרד בשלמותו. לעומת זאת, הלל גבע מצא בחפירות שבחצר המצודה מגדל שנהרס עד היסוד. דבר שעומד לכאורה בסתירה לעדותו של יוסף בן מתתיהו. כך שגם גורלו של הארמון על מגדליו נשארו חתומים במחקר הארכאולוגי.
סיכום ההרג.
על פי טקיטוס, בזמן המרד גדלה אוכלוסיית ירושלים "בּשל ערב־רב שנהר אליה וּבשל הרס הערים האחרות", וידוע היה בתקופתו כי מספר הנצורים בעיר הגיע ל-600 אלף נפש. אולם לדעת חוקרים מודרניים מספר זה נראה מוגזם מאד. לדברי יוסף בן מתתיהו, מספר ההרוגים הכולל במהלך המצור על ירושלים נע סביב 1.1 מיליון איש, ומספר השבויים היה כ-97,000 איש. החוקרים המודרניים שוללים את המספרים בהם נקב יוסף בן מתתיהו, ומעריכים שהם מוגזמים מאוד, ובפרט מספר ההרוגים, שכן מקובל לחשוב שארץ ישראל כולה הכילה באותה תקופה בסביבות מיליון נפש שרק מחציתם היו יהודים, ובמספר אזורים בארץ ישראל אוכלוסייה יהודית גדולה המשיכה להתקיים גם לאחר הכנעת המרד הגדול.
למרות מספר ההרוגים הגדול במהלך הקרבות בשלבי המצור השונים או לאחריו - בעת החורבן, לא נמצאו בכל תחומי העיר העליונה או לצדי כותלי הר הבית קברים ארעיים, שלדים או עצמות אדם מפוזרות שניתן לייחס אותם להרוגים אלו. גם מקרבנות המלחמה בצד הרומי לא נמצאו עקבות של גופות. הממצא היחיד שכזה - זרועה של אישה בבית השרוף - אין בו כדי לתת הסבר על הדבר. רוני רייך מעלה השערה כי בסיום הכיבוש הורה הצבא הרומי על איסוף הגופות והעצמות, ככל הנראה על ידי השבויים, סילוקן מהעיר ושרֵפתן.
לעומת זאת, בעיר התחתונה וסביבתה נמצאו עצמות אדם במספר מקומות. בחפירותיה של קתלין קניון נמצאו שלדי אדם בשטח חפירה קטן שמצפון לברכת השילוח וכן נמצאו עצמות אדם בעמק הגיא המרכזי, באמצע דרך עולי הרגלים - בין ברכת השילוח להר הבית. המכלול הגדול ביותר של עצמות אדם נמצא על ידי המשלחת של יגאל שילה, ממערב לגיא המרכזי, לקראת ברכת השילוח. המכלול מכיל עצמות של 17 בני אדם מבוגרים (שליש גברים לעומת שני שלישים נשים).