Весной 1631 года 70-летний Тилли осадил крепость Ней-Бранденбург, обороняемую трёхтысячным шведским гарнизоном. Взяв её 19 марта 1631 года, он приказал перебить весь гарнизон и повернул к столице лютеранского архиепископа, Магдебургу, осаждённому войсками Паппенгейма. Магдебург, надеясь на скорый приход Густава Адольфа, пригласил в качестве коменданта шведского офицера Фалькенберга. Воспользовавшись отходом Тилли, шведский король двинулся вверх по Одеру к Силезии и захватил Франкфурт-на-Одере, где, в отместку за Ней-Бранденбург, приказал перебить всех пленных. Император прислал Тилли распоряжение снять осаду Магдебурга и следовать в Австрию для её защиты, однако Паппенгейм уговорил Тилли организовать последний штурм города. Шведская армия находилась в 150 милях от Магдебурга, в Лейпциге, ожидая присоединения курфюрстов Саксонии и Бранденбурга, которые не решались предпринять совместную операцию по освобождению города. После трёхдневной бомбардировки города 17—19 мая, утром 20 мая Паппенгейм взорвал ворота и, прорвавшись через весь город, ударил в спину защитникам южной стены. Размах жестокости солдат был настолько велик, что даже много повидавшие офицеры пытались убедить Тилли унять армию. В процессе штурма и последующих массовых грабежей Магдебург был полностью сожжён. В городе, насчитывавшем в начале мая 1631 года около 35 тысяч жителей, к 1639 году осталось лишь 450 человек. Уничтожение одного из крупнейших религиозных центров вызвало оцепенение во всей Европе. Под влиянием этих новостей Республика Соединённых провинций 31 мая вступила в альянс с Густавом Адольфом, обязавшись вторгнуться в испанскую Фландрию и субсидировать армию короля.