Fortsatt bestemt på å kaste Kleopatra, allierte Ptolemaios seg med Arsinoe IV og sammen organiserte de fraksjoner av hæren som var lojal mot dem mot de som var lojale mot Kleopatra og den relativt lille delen av Caesars hær som hadde fulgt ham til Egypt. Slaget mellom de krigende fraksjonene skjedde i midten av desember i 48 f.Kr. inne i selve Alexandria som led store skader inkludert ifølge noen kilder brenningen av noen av bygningene som utgjorde biblioteket i Alexandria. Ankomsten av romerske forterkninger fra Pergamum gav seieren til Caesar og Kleopatra, og Ptolemaios og Arsinoe måtte flykte fra byen. Ptolemaios skal ha druknet 13. januar 47 f.Kr. mens han forsøkte å krysse Nilen. Om han forsøkte å flykte videre eller var på vei mot forhandlinger forblir usikkert i våre kilder fra tiden. Kleopatra forble den ubestridte herskeren av Egypt selv om hun utropte sin yngre bror Ptolemaios XIV av Egypt som hennes nye medhersker.