אירוע דרמטי אירע במקביל כאשר נזיר בשם פייר ברתלמי, אף הוא מפרובאנס, סיפר כי במהלך החודשים שקדמו לכיבוש העיר הופיע בפניו אנדראס הקדוש (אחיו הצעיר של פטרוס הקדוש) והצביע על מקום המצאו של הרומח הקדוש, שהוא - על פי המסורת הנוצרית - רומח שדקר את ישו בזמן שהיה תלוי על הצלב. מנהיגי מסע הצלב ובראשם אנשי הכנסייה הבכירים הביעו ספק בדברי הנזיר וחזיונותיו, בין היתר בגלל העובדה שהרומח הקדוש הוצג בפניהם בעת ביקורם בקונסטנטינופול. עם זאת, הצורך בנס ובעזרה משמים, בשילוב עם תמיכתו של רימון מטולוז, הביאו את מנהיגי הצלבנים לחפור ב-14 ביוני ברצפת קתדרלת פטרוס הקדוש. בשעות הערב מצא פייר ברתלמי בעצמו שבר של חפץ מתכתי עליו הוכרז כי הוא - אכן - שריד של הרומח הקדוש. מציאת השריד הקדוש אכן נחשבה לנס, ומצב הרוח הצלבני הפך מפחד וייאוש להתרוממות רוח. רבות נכתב על ההשפעה של מציאת הרומח הקדוש על השתלשלות האירועים ועל קרב אנטיוכיה, ובאופן כללי רואים בו את נקודת המפנה שדחפה את הצלבנים לעבור למתקפה. בראייה אחרת, ההיסטוריון יהושע פראוור מייחס לאירוע את שיפור ההרגשה הכללית והתמעטות מספר הנמלטים מהעיר. כריסטופר טיירמן מציין כי ההקשר בין מציאת הרומח הקדוש לניצחון הצלבני נעשה רק לאחר שנתברר היקף הניצחון והוא ממקם את האירוע בהקשרו התרבותי: "לאמת האובייקטיבית של חזיונות אלו או האותנטיות של הרומח הקדוש אין רלוונטיות. החזיונות התאימו תבניות מחשבה של התקופה, האיקונוגרפיה הוויזואלית של השליחים השמימיים ושואבת ממקור של אמנות ימי הביניים". תומאס אסברידג' מנתק במחקרו את הקשר הישיר בין גילוי הרומח לקרב אנטיוכיה ומצביע על העובדה כי שבועיים של רעב ומצוקה מפרידים בין שני האירועים. לדבריו העלמות האופציה של התערבות תגבורת ביזנטית וכישלון משא ומתן עם כרבוגא הם שדחפו את הצלבנים לפתרון של קרב פנים אל פנים מול הצבא המוסלמי.
האימפריה הביזנטית.
במהלך המצור על אנטיוכיה עלתה שאלת התגבורת הביזנטית שלא הגיעה. השאלה התחדדה ביתר שאת לאחר שנציג הקיסר עזב את המחנה ופעם נוספת עם כניסת העימות לשלב המצור השני. לאורך המסע ובמהלך המצור היה הצבא הביזנטי פעיל בעיקר בניצול ההזדמנויות שיצר מסע הצלב באסיה הקטנה ותפס מבצרים וערים מידי שליטים סלג'וקים שנותקו ממרכזי הכוח הסלג'וקי. בתחילת אפריל 1098 שלח הקיסר אלכסיוס הראשון צי גדול תחת פיקודו של גיסו, יוחנן דוקאס, למסע לאורך חוף הלבנט על מנת לאמץ אל חיק האימפריה הביזנטית ערי נמל, ובהן אפסוס וסמירנה. משם המשיך הכוח במסע יבשתי אל הייראפוליס ועצר בעיר פילומליום שם הוא נפגש עם אלכסיוס, במרץ וביוני צעד הצבא הביזנטי לכוון דרום מערב והחזיר ללא התנגדות את האזור לתחום ההשפעה והשלטון הביזנטי.
הנסיכה הביזנטית, אנה קוֹמְנֶנֶה, מחברת ה"אלכסיאדה", תיעדה את ההיסטוריה של האימפריה הביזנטית במאה ה-11 בה נתנה נקודת המבט ייחודית על מסע הצלב הראשון. היא מספרת כי בשלב זה אביה הקיסר אלכסיוס היה מוכן לצעוד על אנטיוכיה. בסמוך ליום ה-20 ביוני הופיע קבוצת פליטים צלבנים - עריקים משדה הקרב של אנטיוכיה ובהם אטיין השני, רוזן בלואה שברח מאנטיוכיה ב-2 ביוני שעות מספר לפני כיבוש העיר מחשש לחייו לאחר שהבין כי צבאו של כרבוגה עולה על הצלבנים. העריקים נפגשו עם הקיסר וספרו לו כי הצלבנים נלחמים מול הצבא המוסלמי וככל הנראה הפסידו במערכה והקיץ הקץ על מסע הצלב בכלל. ההיסטוריון תומאס אסברידג' מציין כי סביר להניח כי אלכסיוס לא תכנן כלל להילחם מול הצבא המוסלמי שצר על אנטיוכיה, וכי על פי צעדיו ניתן להגדיר בבירור את תוכניתו והיא להמשיך ולאסוף את פירות מלחמת הצלבנים מבלי לסכן את הצבא הביזנטי. משקיבל את הידיעות על כישלון הצלבנים באנטיוכיה לא נותר לו אלא להבטיח את כיבושיו ואת הטריטוריות הביזנטיות מבלי להיכנס לעימות מיותר עם צבא מוסלמי גדול. הצבא הביזנטי נסוג תוך נקיטת טקטיקה של אדמה חרוכה על מנת למנוע מצבא מוסלמי שכבש לכאורה את אנטיוכיה מלבוא בעקבות הביזנטים.
משא ומתן עם כרבוגא.
על פי כל המקורות הצלבניים בני התקופה, ב-24 ביוני נשלח פטר הנזיר עם בן לוויה למחנה של כרבוגא והציע לסיים את המצור. על פי המקורות הללו פטר הנזיר דרש מכרבוגא לסגת מעל אנטיוכיה והבטיח לו כי הצלבנים יאפשרו לו לסגת בשלום מבלי שיאונה לו או לרכושו כל רע. מקורות לטיניים מאוחרים מוסיפים כי להצעה הצלבנית נוספה האפשרות לסיים את העימות בקרב בין 100 לוחמים צלבנים ל-100 לוחמים מוסלמים. במחקרו מציע תומאס אסברידג' אפשרות שלישית המתבססת על מקורות ארמניים ומוסלמים לפיה הציעו הצלבנים הצעה מציאותית יותר. הצעה זו כללה נסיגה צלבנית מהעיר ללא קרב והעברת השלטון באנטיוכיה לידי כרבוגא ללא התנגדות. הצעות אלו נדחו על הסף על ידי כרבוגא, והוא דרש כניעה ללא תנאי או מלחמה עד הסוף.
קרב אנטיוכיה.
עם הגב לקיר וללא סיכוי לתגבורת מבחוץ, החליטו הצלבנים לתקוף את הצבא המוסלמי ולפגוש בו לקרב מחוץ לחומות אנטיוכיה, שעתיד להכריע את עתיד העימות ומסע הצלב בכלל. הצלבנים בחרו בבוהמון לשמש כמפקד העליון של הקרב, והוא חילק את הצבא שעמד לרשותו כדלקמן: כוח בן 200 חיילים בפיקודו של ריימון מטולוז נותר בעיר כדי למנוע מחיל המצב במצודה לצאת ולתקוף את הצלבנים מאחור, כוח של קשתים שתפקידו לפרוץ את טבעת המצור על חומות העיר, וארבעה גדודים נועדו לפרוץ מהעיר ולתקוף את הצבא המוסלמי: גדוד צפון צרפתי בפיקוד רובר מנורמנדי ורובר מפלנדריה, גדוד גרמני בפיקוד גודפרי מבויון, גדוד דרום-צרפתי בפיקודו של אדמר דה לה פואי וגדוד נורמני בפיקודו של בוהמון שימש כעתודה. הצבא הצלבני כלל יחידת פרשים קטנה יחסית - מאחר שרוב הסוסים מתו או נשחטו למאכל בעת המצור, ובניגוד לטקטיקה הפרנקית הרגילה היה רוב הכוח הצלבני מושתת על חיל רגלים. למרות נתוני הפתיחה הקשים ובעיקר עליונות מספרית מוסלמית, עמדו לצד הצלבנים מספר גורמים טקטיים אותם הם ניצלו בצורה הטובה ביותר: הצבא המוסלמי היה פרוס לאורך חומות אנטיוכיה והתקשה לרכז כוחות, וחמור מכך הצבא המוסלמי היה מפולג מאוד וכרבוגא הצליח להביא את האמירים המוסלמיים שתחת פיקודו למרדנות. על פי מקורות מוסלמים בני התקופה, שררה במחנה המוסלמי אווירה רעה ונכונות לערוק משדה הקרב ברגע האמת.
ב-28 ביוני יצא הצבא הצלבני משער הגשר, ובחסות הנהר התקיפו הקשתים הצלבנים את טבעת המצור המוסלמית. זמן קצר לאחר מכן פרצו הגדודים הצלבניים מהשער, חצו את הנהר ופנו לכוון דרום בתנועה חצי מעגלית. עם פריצת הצלבנים מהעיר קיבל כרבוגא את הידיעה על האירוע אך היסס והתעכב בתגובתו. הצלבנים שפרצו אל המישור שמול חומות אנטיוכיה נתקלו בכוחות מוסלמים שהוצבו מול שער הגשר, ומיד לאחר מכן בכוחות ששמרו על השערים הצפוניים יותר, ולאחר מכן הותקפו מאחור על ידי כוחות ששמרו על שער ג'ורג הקדוש. בקרב התנועה שהתפתח הצליחו הצלבנים לשמור על מבנה הדוק ולהדוף את ההתקפות המוסלמיות. הגל הראשון של התקפת הנגד המוסלמית נהדף וחלק גדול מלוחמיו החלו בנסיגה מבוהלת משדה הקרב. בשלב זה הופיע הגוף העיקרי של הצבא המוסלמי בפיקודו של כרבוגא. תחת הלחץ הצלבני התנגשו הגדודים המוסלמים שבנסיגה עם הגדודים המגיעים לשדה הקרב ושברו את שורותיהם. בשעת משבר זו התגלה עומק הפילוג במחנה המוסלמי ויחידות שלמות ערקו משדה הקרב. לאחר עימות קצר וחריף נשבר הצבא המוסלמי, וכרבוגא נאלץ לחזור בבושת פנים למוסול. הצלבנים פשטו על המחנה המוסלמי בו מצאו שלל רב ברכוש ומזון, והרגו את הכוח הלא לוחם שנמצא במחנה. מיד לאחר הקרב נכנע חיל המצב שבמצודה וכל העיר עברה לידי הצלבנים.
לאחר המצור.
לאחר קרב אנטיוכיה וכיבוש העיר לא נותר בסוריה רבתי כוח מוסלמי שיכול לעצור את תנופת מסע הצלב הראשון והדרך לירושלים הייתה פתוחה. הישגי מסע הצלב החלו לקרום עור וגידים בהקמת רוזנות אדסה וכיבוש אנטיוכיה, והייתה בכך מעין הכרזה על עליית כוח חדש במזרח. הדמות המרכזית הייתה בוהמון הנורמני שראה בעצמו כשליטה של העיר, והוא דחה את התביעה הביזנטית כי אנטיוכיה תימסר לידי האימפריה ודרש את העיר לעצמו. מולו עמד ריימון מטולוז שמתוך איבה לבוהמון היה מוכן לקחת על עצמו את ההגנה של האינטרסים הביזנטיים. הוא אף הרחיק לכת ומשהרגיש כי השליטה באנטיוכיה נשמטת מידיו שלח משלחת לקונסטנטינופול לדרוש מהקיסר לבוא ולקבל את העיר לידיו. מסיבות לא ברורות לא ניצל הקיסר אלכסיוס הזדמנות זו ותשובתו הגיע באיחור של שנה, לאחר שבוהמון ביסס את אחיזתו בעיר.
בשיא המאבק תפסו המנהיגים הצלבנים הניצים רבעים בעיר, נציג האפיפיור אדמר מפויי מת ב-1 באוגוסט מהתפרצות של מחלה בעיר - ככל הנראה טיפוס הבטן ובמחנה הצלבני לא נותר מנהיג בעל יכולת להכריע את הסכסוך. במועצת מנהיגי הצלבנים היו הכוחות שקולים אך עם התארכות הסכסוך נטתה הכף לטובת בוהמון שניחן בחוש פוליטי מצוין וקנה את אהדתם של הצלבנים, בעוד שריימון, שלא היה מנהיג פופולרי, החל להפסיד במערכה על העיר.
סכסוכים ופלגנות אלו והתפוררות הפיקוד הצלבני הביאו לעצירת המומנטום של מסע הצלב והמחנה הצלבני התעכב עשרה חודשים בסוריה עד שפנה לכבוש את ירושלים. התסיסה במחנה הצלבני החלה בשכבת החיילים הרגלים - בני המעמדות הנמוכים - מכוח האידאולוגיה הנוצרית על פיה העניים הם אלו שירשו את מלכות השמיים ובמחנה קם גדוד שאנשיו הטיפו לחיים בחוסר כל. עליהם כתב פרופסור יהושע פראוור: "...במוחותיהם המשולהבים ציפייה משיחית ובלבותיהם אכזריות שניערה מעליה כל רגש אנושי. לאחר קרב הם הופכים לאוכלי-אדם הטורפים את גוויות המוסלמים!"