בסוף מאי נודע לצלבנים כי כרבוגא מושל מוסול עולה על אנטיוכיה בראש צבא גדול. החשש היה כי הצבא המוסלמי ילכוד את הצלבנים כאשר חומות העיר וחיל המצב בגבם, ולרגע נראה היה כי שעתו האחרונה של מסע הצלב הראשון הגיעה. בדרכו לקרב עם הצלבנים עשה כרבוגא מספר טעויות קריטיות - טעותו הראשונה הייתה מתן פסק זמן לצלבנים כאשר סטה מנתיבו ובמקום לנסות ולצעוד ישירות אל אנטיוכיה הפנה תחילה את צבאו לרוזנות אדסה שעל פי חישוביו סיכנה את העורף של מוסול. בלדווין מאדסה וצבא הרוזנות היו קטנים מידי מכדי להוות איום כלשהו על האימפריה הסלג'וקית אך הם הצליחו לעכב את צבאו של כרבוגא במשך שלושה שבועות במהלכם כשלו המוסלמים בניסיונם לכבוש את אדסה.
בפרק הזמן הקצר שנותר הצליח בוהמון ליצור קשר עם אדם בשם פירוז, דמות מסתורית ואחד מקציני חיל המצב של אנטיוכיה. כל שידוע על אדם זה הוא כי הוא היה אמן שהתמחה בעשיית שריונות, ממוצא ארמני שהמיר את דתו לאסלאם, ובעת המצור התמנה לפקד על אחד ממגדלי העיר שנקרא על ידי הצלבנים מגדל שתי האחיות - ככל הנראה בחומה הדרום-מזרחית של אנטיוכיה, במרחק מה משער ג'ורג הקדוש (כלומר חלק יחסית לא פעיל של החזית). ככל הנראה הוא היה מוכן לבגוד באדונו יאיי סיאן על רקע עלבון או טינה שמקורה - על פי אחד המקורות הצלבניים - נעוץ בכך שיאיי סיאן החרים את רכושו. מקור צלבני אחר טוען כי פירוז הונע להכניס את הצלבנים לעיר לאחר שראה חזיונות של הצלב. על מיתרים אלו פרט בוהמון ואף הוסיף תשלום פרס כספי שככל הנראה הכריע את הכף. בצעד מחושב פנה בוהמון לשאר נסיכי הצלבנים, ציין כי ביכולתו להיכנס לעיר ודרש כי בתמורה לכך תועבר אנטיוכיה לידיו כשליט העיר הצלבני. תחת איום כליה מול הצבא המוסלמי של כרבוגא ולמרות התנגדותו של ריימון מטולוז, קיבלו שאר המנהיגים הצלבנים את דרישתו של בוהמון.
בלילה שבין ב-2 ביוני וה-3 ביוני, על פי תיאום מראש עם פירוז, יצא כוח מהמחנה הצלבני, צעד אל מול פני חיל המצב וחומות העיר ומשם נעלם מהעין. אותו כוח חזר בחסות החשיכה לנקודה שסוכמה מראש עם פירוז ומשם עלה כוח נבחר על חומות העיר על גבי סולם חבלים ששולשל מעל החומות על ידי הבוגד. שערי העיר נפתחו לפני הגדוד הצלבני שבחסות החשיכה ואפקט ההפתעה מוטט את רוח ההתנגדות של חיל המצב. חלק מהחיילים המוסלמים הצליח להימלט אל מצודת העיר והותיר את האוכלוסייה האזרחית חסרת הישע מול הצלבנים צמאי הדם. הנוצרים שנתרו בעיר בעת המצור הצטרפו לצלבנים הם השתלטו על שערי העיר הנותרים, פתחו אותם והצטרפו למסע ההרג. הצלבנים לא הצליחו למנוע מחיל המצב מלברוח אל תוך מצודת העיר וזו נותרה בידי שרידי חיל המצב בפיקוד בנו של יאיי סאן שמס א-דאולה. שליט העיר לשעבר הצליח לצאת אל מחוץ לעיר מלווה במספר שומרי ראש אך במהלך הבריחה נפל מסוסו וננטש על ידי מלוויו. לאחר זמן מה הוא נתגלה על ידי קצב ארמני שערף את ראשו והביא אותו כמתנה לשליט העיר החדשים. ההיסטוריון האנונימי של עלילות הפרנקים מספר:
ההיסטוריון כריסטופר טיירמן מסכם פרק זה בסאגה של המאבק על אנטיוכיה כך:
המצור השני על אנטיוכיה.
באביב 1098, אסף כרבוגא, האתבג (המושל הצבאי) של מוסול, קואליציה של גדודים מרחבי סוריה הגדולה. בלט בהיעדרו רידואן מחלב שחשש מכרבוגא יותר משחשש מהצלבנים. הצבא ההולך וגדל צעד אל עבר אנטיוכיה במטרה מוצהרת לשחרר את העיר מעול המצור הצלבני. שלא במוצהר ניצל כרבוגא את ההפרה של שיווי המשקל הפוליטי בצפון סוריה שגרם מסע הצלב הראשון, וקיווה ליצור מבנה פוליטי חדש תחת חסותו ושלטונו הישיר, שיהיה לכאורה קשור ונאמן לח'ליף הסלג'וקי בבגדאד ברכיארק. במסגרת זו היה כיבוש אנטיוכיה אמור להיות גולת הכותרת, אך רק חלק מתוכנית גדולה יותר שבמסגרתה יחזיר כרבוגא את סוריה להגמוניה סלג'וקית. גודלה של הקואליציה המוסלמית אינו ידוע: מקורות ארמניים למשל מצטטים מספרים עצומים של מאות אלפי חיילים ופרשים, והיסטוריונים מוסלמיים מציינים כי הצבא לא היה ניתן לספירה. תומאס אסברידג' מעריך כי הצבא המוסלמי היה בן למעלה מ 35,000 חיילים. מולם עמד צבא צלבני מותש עם מספר קטן של סוסים (כ-150 לפי דברי היסטוריונים בני התקופה), בעיר שמשאביה הדלדלו בעת המצור ומחסני המזון בה ריקים לחלוטין.
במקביל למצור של הצבא הצלבני על אנטיוכיה פעל צבא צלבני קטן יותר, שהתפצל מהגוף העיקרי בראשות בלדווין מבולון ועמו מספר אצילים נוספים, ופנה לכיוון קיליקיה, במטרה לכבוש שטחים באסיה הקטנה, ולהקים בה טריטוריות עצמאיות משלהם. הם הוזמנו לעיר אדסה, בירת ממלכה עצמאית למחצה תחת שלטונו של טורוס מאדסה. טורוס ביקש את עזרת הצלבנים הן כשומרי ראש כנגד נתיניו שרובם היו ארמנים וגילו עוינות לטורוס שהיה יווני-אורתודוקסי בהשקפתו הדתית, ובעיקר כנגד האיום הסלג'וקי בגבולות.
ההיסטוריון טיירמן קובע בספרו כי האיום העיקרי על אדסה באותה עת, היה מסע המלחמה המתוכנן והמתגבש של כרבוגא, טורוס הבין כי הצבא הסלג'וקי עתיד לעבור דרך אדסה בדרכו לאנטיוכיה, וכי מטרתו הגדולה של כרבוגא היא יצירת רצף של שלטון סלג'וקי. על מנת לקשור את בולדווין לאדסה טורוס אימץ אותו כבנו ויורשו, מהלך שבסיכומו של דבר הביא להשתלטות בלדווין על העיר במרץ 1098 ולייסוד רוזנות אדסה.
מהלכו הנועז של בלדווין, ייסוד המדינה הצלבנית והאיום האפשרי על חופש התנועה של הצבא הסלג'וקי, הביאו את כרבוגא לנסות לכבוש את אדסה בדרכו לאנטיוכיה. במאי 1098 הופיע הצבא הסלג'וקי מול חומות אדסה וצר על העיר במשך שלושה שבועות ללא הצלחה. בסופו של דבר נאלץ כרבוגא להסיר את המצור ולהמשיך בצעידה לכיוון המטרה העיקרית של המסע - אנטיוכיה. עם זאת, העיכוב בשל המצור העקר היה קריטי לתוצאות העימות העתידי, ואפשר לצלבנים לפרוץ אל תוך העיר ולא להילכד בין הצבא הסלג'וקי ומגיני העיר - מצב שקרוב לוודאי היה מביא לתבוסת הצלבנים ולסופו של מסע הצלב.
ב-4 ביוני הופיעו גדודי החלוץ של הצבא המוסלמי אל מול חומות אנטיוכיה, ועם הופעתם נטשו הצלבנים את המצודות מלרגרד ומגדלו של טנקרד. ב-5 ביוני חצה הגוף העיקרי של הצבא המוסלמי את גשר הברזל, ותקף וחיסל את חיל המצב הצלבני הקטן שהגן על המעבר. תחילה הקים כרבוגא את המחנה הראשי ומפקדתו במרחק של שלושה קילומטרים מצפון לעיר והפנה את תשומת לבו למצד הצלבני לה מאומרי שבו שכן עדיין חיל מצב צלבני בן כ-500 לוחמים בפיקודו של רובר מנורמנדי. במשך שלושה ימים עמדו הצלבנים בפני גלי התקפות בלתי פוסקים, ובלילה שבין 8 ביוני ו-9 ביוני נסוגו המגינים אל תוך חומות העיר, והמצד נשרף.
כרבוגא העביר את מפקדתו בסמוך למצודת העיר, ולאחר משא ומתן קצר וחד צדדי הועבר הפיקוד על המצודה לידי אחד מנאמניו של כרבוגא אחמד איבן מרוואן, מתוך הבנה כי עם כיבוש העיר היא תעבור לידי כרבוגא. כוחות מוסלמים חסמו את הגישה לשערי העיר, וב-10 ביוני החלה התקפה משולבת ראשונה במהלכה יצא חיל המצב מהמצודה. במקביל תקף כרבוגא את חומות העיר במשך ארבעה ימים ללא הפסקה, אך ההתקפה נהדפה תוך אבדות קשות. מורל הצלבנים הגיע לשפל, ולוחמים רבים ערקו מהעיר וירדו מהחומות כשהם נאחזים בחבל, ועל כך הם זכו לכינוי הבוז "רקדני החבל הבוגדניים" (לטינית: furtivi funambuli). אלא שאז הובילה סדרת אירועים לתפנית לטובת הצלבנים, כפי שמתאר כריסטופר טיירמן: "ממשבר זה נולד חזון שהגדיר ואפיין את שארית הדרך של מסע הצלב - עד כיבוש ירושלים".
באירוע ראשון, נזיר אלמוני מפרובאנס בשם סטפן מוואלאנס סיפר על סדרת חזיונות שבהם הופיעו בפניו מרים הבתולה, בנה ישו ופטרוס הקדוש - הפטרון של העיר אנטיוכיה, והבטיחו לו כי תמיכתם והצלתם של הצלבנים מובטחת אם ינקטו צעדים של חרטה, כפרת עוונות ותפילות. אדמאר דה לה פויי, שליחו אל האפיפיור, ניצל את ההזדמנות לסיבוב נוסף של טקסי היטהרות דתיים שהרימו את רוחם של הצלבנים.
גילוי הרומח הקדוש.