בעקבות הצלחת המתקפה הבריטית על קו ההגנה המערבי, ואבדנם של שני גדודי רגלים מהרגימנט ה-67 הורה המפקד הטורקי של באר שבע, איסמט ביי, לגדוד השלישי של הרגימנט השני - כוח העתודה היחיד של מערך ההגנה לתפוס עמדות בגזרה הדרום מערבית והסיג 2 פלוגות מהרגימנט ה-81 מעמדות בצפון אל תוך העיר - ללא ספק על מנת לקדם פני התקפה ממערב - התקפה שלא התממשה. איסמט ביי הופתע מעוצמת ההתקפה ומהעובדה כי באר שבע כותרה על ידי כוחות גדולים, פריצת קו ההגנה המערבי ערערה את יציבות מערך ההגנה והפכה את השליטה על העיר לקשה והחזקתה לאורך זמן לבלתי אפשרית, הוא פנה למפקדת הארמייה ואל המפקד הגרמני האחראי קרס פון קרסנשטיין בבקשה לתגבורת. בקשתו לא נענתה ובכך הוכרעו סופית תוצאות הקרב על באר שבע, מפקדת הארמייה הייתה בשלב זה עדיין שבוייה בתפיסה כי עיקר ההתקפה תבוא מאזור עזה וכי ההתקפה על באר שבע היא מאמץ משני והטעייה, לחיזוק השקפה זו תרמו גם ההפגזות הכבדות שהונחתו על עזה לכל אורך השבוע.
כיבוש תל באר שבע.
במהלך שלב תפיסת העמדות לפני ההתקפה נתקלו כוחות דיוויזיית הרגלים הרכובים אנזא"ק באש ארטילרית יעילה מעמדות טורקיות מתל סקאתי (תל שוקת) מצפון לבאר שבע ששלטו על הכביש מבאר שבע לחברון (וירושלים). רגימנט הפרשים הקלים ה-7 וה-5 מבריגדת הפרשים הקלים ה-2 שהתקרב לתל נתקל באש חזקה מעמדות טורקיות שהוחזקו על ידי 1,100 חיילים מדיוויזיית הפרשים ה-3 של הצבא העות'מאני. היחידות הבריטיות הצליחו לחסום את הכביש אך היו בעצמן מרותקות לעמדותיהם.
עמדת ההגנה הטורקית העיקרית בגזרת באר שבע נבנתה על גבי תל באר שבע, התל שוכן בסמוך לנקודת החיבור בין נחל באר שבע לנחל חברון ומתנשא לגובה 307 מטר מעל פני הים וכ-20 מטרים מעל סביבתו הקרובה. הגישה לתל קשה יחסית בגלל מורדותיו התלולים וזרועי הסלעים ומאידך הוא קל להתבצרות בגלל פסגתו השטוחה מחד ופני השטח הצחיחים וחסרי הצמחייה שמנעו מהתוקפים כל מסתור. הטורקים הקימו מערך הגנה היקפי שאויש על ידי 300 חיילי רגלים ופלוגת מכונות ירייה עם 8 מקלעים וקיבלו גיבוי מעמדות בתוך העיר באר שבע שכיסו באש צולבת את שדה הקרב.
זמן קצר לאחר השעה 09:10 התקדמו לוחמי הבריגדה הניו זילנדית מדיוויזיית הרגלים הרכובים אנזא"ק מעמדות ההמתנה שלהן באזור ביר סלים אבו רגייג בנחל באר שבע, ממזרח לתל אל עמדות הטורקים, תחת חיפוי ארטילרי מסוללות התותחים סומרסט שירו על התל מטווחים של כ-2700 מטר. ממרחקים אלו לא הצליחה ההפגזה לגרום לנזקים של ממש לעמדות הטורקיות. הרגימנט הרכוב אוקלנד התקדם בשטח הפתוח שלמרגלות התל עד שלוחמיו תפסו מחסה בוואדי באר שבע, מעמדות אלו החלו מכונות היריה של הגדוד להעסיק מטרות טורקיות על התל. מנקודה זו יצאו הלוחמים הניו זילנדיים להתקפה רגלית על התל אך הם לא הצליחו להתקדם תחת אש מכונות ירייה יעילה מעמדות שעל התל. בשעה 10:00 נשלחה בריגדת הפרשים הקלה ה-1 לתגבר את התוקפים, גדוד הפרשים הקלים ה-3 תגבר את אגף ימין של הניו זילנדים וחיפה באש מעמדות חשופות למחצה על תנועת הכוחות התוקפים. עיקר הלחימה התנהל בשלב זה כנגד עמדות טורקיות למרגלות התל.
משעה 11:00 קידמו הבריטים את סוללת הארטילריה סומרסט לטווח של 1200 מטר מהתל ואליה נוספה סוללת אינוורנס. סוללות אלו הותקפו על ידי אש מתותחים ומכונות ירייה טורקיים ולאחר מכן על ידי מטוסים שזרעו נזק וגרמו לחללים לכוח התוקף.
בשעה 13:00 נוסף רגימנט הפרשים הקלים השני לכוחות הרגימנט ה-3 ולאחר מכן הצטרפו הרגימנטים ה-9 וה-10 מהבריגדה האוסטרלית הרכובה ואיתם 2 סוללות ארטילריה נוספות. בשעה 13:55 נתנה פקודה להתקפה על התל. בהסתערות של חיילים מהרגימנט השני נכבשו 2 מבנים מהם חיפו הבריטים במכונות ירייה על הכוחות המסתערים שתקפו את התל מ-2 כיוונים שונים: מצד אחד תקף רגימנט הפרשים הקלים ה-3 וצפון מזרח תקף הרגימנט הרכוב אוקלנד. ההתקפה נעשתה תחת אש טורקית יעילה שהכריחה את התוקפים להסתער בקפיצות תוך כדי תפיסת מחסות, לבסוף הצליחו הבריטים לכבוש תעלות קשר טורקיות באגף המזרחי למרגלות התל. מנקודה זו נערכה התקפה חזיתית פנים אל פנים אל עמדות הטורקים על הפסגה והצליחו לכבוש אותה בשעה 15:00. בהתקפה נהרגו 25 חיילים טורקים ונשבו 132. 7 חיילים מרגימנט אוקלנד נהרגו ו-200 נפצעו בהתקפה.
עם כיבוש התל החלו תותחים טורקיים לירות על העמדות שנתפסו זה מקרוב ומטוסים טורקיים הפציצו את התל. התקפות אלו נמשכו לכל אורך שעות הערב, וגרמו לנזק ואבדות בנפש.
איסמט ביי, מפקד הכוחות הטורקיים בבאר שבע הורה על נסיגה מהעיר שעתה עם התמוטטות מערך ההגנה ממערב ומצפון הייתה חשופה להתקפה וכיבוש על ידי הבריטים. בשעה 16:00 עברה מפקדת הרגימנט ה-143 10 קילומטר צפונה מבאר שבע וחבלני הדיוויזיה ה 27 קיבלו הוראה לפוצץ את בארות ומתקני השאיבה בתוך העיר באר שבע על מנת למנוע מהבריטים אפשרות להשתמש בהם ובכך להוציא את העוקץ מכל אפשרות לניצול ההצלחה ואף להכריח את הבריטים לשמוט את פירות הניצחון. הרגימנט ה-48 שחייליו הגנו על הגזרה הדרומית של באר שבע החלו בנסיגה מעמדותיהם ותפסו עמדות מצפון לוואדי באר שבע.
כיבוש באר שבע.
כיבוש תל באר שבע בשלב מאוחר כל כך באותו יום שיבש את לוח הזמנים הבריטי. השקיעה שהייתה צפויה ל-16:50 הייתה עלולה להביא לשינוי מהותי בתנאי השטח והלחימה ולהעמיד בסכנה את הצלחת ההתקפה כולה מאחר שחלק מהיחידות הבריטיות היו ללא מים שעות רבות ונזקקו לאספקה דחופה מבארות שבתוך העיר באר שבע.
עם כיבוש תל באר שבע, דיוויזיית הרגלים הרכובים אנזא"ק, שהייתה שחוקה מהקרב הקשה, נתבקשה לתקוף את הקו הצפוני של באר שבע. בריגדות הפרשים הקלות ה-1 וה-3 התקדמו רגלית לאורך קו של 3.2 קילומטר בין נקודה 1020 לבין נקודה 970 לכוון המסגד הגדול בבאר שבע. למרות המצב הקשה של הטורקים הם המשיכו בהתנגדות עיקשת וחסרת פשרות, ארטילריה טורקית הפגיזה באש יעילה את הפרשים ועצרה את התקדמותם, הבריטים הצליחו לכבוש את בית החולים וייצבו קו שחסם את האפשרות של הטורקים לפרוץ אל מחוץ לעיר או ליזום התקפת נגד על תל באר שבע. בקרבות אלו נהרגו ונפצעו 83 חיילים בריטיים.
בהיעדר כוחות זמינים לפריצת בזק לעיר, תחת איום של חלון הזדמנויות ההולך ונסגר ועם קבלת הוראה מפורשת מאלנבי להכריע את המערכה לפני השקיעה נתן שובל הוראה לבריגדת הפרשים הקלים ה-4 לפרוץ אל העיר מצד דרום במקום בו לא נמתחה גדר תייל ולא נחפרו מכשולים (horse pits). על פי ההוראה הפרשים נצטוו לתקוף כחייל פרשים רגיל כלומר לא לרדת מהסוסים ולתקוף רגלית אלא לפרוץ את קווי הטורקים ברכיבה ולהשתמש בכידון רובה המוחזק ביד כחרב פרשים על מנת לפגוע בטורקים.
בשעה 15:45 קיבלה בריגדת הפרשים הקלים הרביעית בפיקודו של בריגדיר גנרל ויליאם גרנט הוראה לעלות על סוסיהם לאלתר. לוחמי רגימנט הפרשים הקלים הרביעי וה-12 (של בריגדת הפרשים הרביעית) היו בעמדות המתנה במרחק של כקילומטר וחצי מבאר שבע מצפון לנקודה 1280 על הדרך מאיסוואין לבאר שבע. הפרשים החלו בדהירה אל עבר העיר, הרגימנט הרביעי מצפון לדרך והרגימנט ה-12 מדרום. כל גדוד (squadron) רכב ב-3 שורות שאורך כל אחת כ-500 מטר וכ-5 מטרים בין כל שתי שורות. 800 המטרים הראשונים עברו בקצב של הליכה, ולאחר מכן עברו לקצב של דהירה קלה (trot) ומשנכנסו אל טווח האש של הטורקים בקווי ההגנה נפתחה עליהם אש יעילה ומספר סוסים נפגעו. בשלב זה הגבירו התוקפים את מהירותם לדהרה (gallop), תחת אש מקלעים וארטילריה ממספר מקורות ירי ובחיפוי סוללות הארטילריה הבריטית שירו בכינון ישיר אל העמדות הטורקיות ויחידות מקלעים שחיפו על הדהרה מהאגפים.
פרשי רגימנט הפרשים הקלים הרביעי הגיעו בדהירה מהירה פנים אל פנים אל קו הביצורים הטורקיים, דילגו מעל קו השוחות הקדמי ומעל קו השוחות העמוק העיקרי, ירדו מסוסיהם ותקפו את הלוחמים הטורקים שהיו מוכי הלם, הרגו את חלקם ושבו את היתר. פרשי רגימנט הפרשים הקלים ה-12 דהרו אל קו העמדות הטורקיות, חלקם ירדו מסוסיהם ותקפו את העמדות וחלקם פרצו בדהירה את קו השוחות הראשון תוך כדי לחימה, הגל השני של הרוכבים דילג מעל קו השוחות והמשיך בדהירה עד למקום בו הדרך מביר עסלוג' חצתה את נחל באר שבע, חזרו למבנה התקפה מסודר ורכבו אל תוך באר שבע על מנת לכבוש את העיר, ההתקפה הממה את החיילים הטורקים בתוך באר שבע ורובם נכנעו ללא קרב על כלי נשקם. כוחות אלו היו למעשה בשלבי התארגנות לנסיגה מסודרת מהעיר והופתעו מהפריצה. חלק מהכוחות הטורקיים הצליחו להימלט אל כוון צפון ובהמשך עברו את החסימות הבריטיות והצליחו להגיע לעזה.
בסך הכל נתפסו 1148 שבויים טורקים, 10 תותחים ו-4 מכונות ירייה. בארות המים בעיר נתפסו כשהן שמישות - למרות הוראותיו של איסמט ביי לפוצץ את מתקני השאיבה. מתוך 17 הבארות בעיר נהרסו שתיים בלבד, ועוד שתיים ניזוקו. מפרשי הרגימנט הרביעי נהרגו 35 ו-39 נפצעו ומפרשי הרגימנט ה-12 נהרגו 20 ונפצעו 19.
ההתקפה, אף על פי שהייתה לא מתוכננת ונסמכה על אומץ לבם ומקצועיותם של הרוכבים, חייבת את הצלחתה גם למספר תנאים אובייקטיביים שלולא התקיימו הייתה תוצאת הקרב וההסתערות שונה לחלוטין: