兩軍花了三天時間進行準備，在第四天早上一起開始炮轟君士坦丁堡，第三路軍從陸上炮轟城西，第四路軍從海上炮轟城南。
君士坦丁堡不愧是千年古城，城防非常堅固，兩軍整整轟擊了一天，竟然沒有轟塌一段城牆。兩軍都犯了牛勁，各自挑選一段城牆，讓火炮輪流轟擊，晝夜不停。
轟擊到了第三天各自終於轟開一個較大的缺口，第三路軍率先派兵突入城內。城西是拜占庭軍重點防守的方向，兩軍在城西展開了激烈的廝殺。
拜占庭軍在城牆的缺口處倒下大量的火油，然後用火箭點燃，極大地影響了唐軍的攻勢，劉梧就讓攻城的唐軍先撤回來，繼續用炮兵轟擊缺口附近的拜占庭軍。
城西激戰的同時，吳元濟也試圖從城南的缺口突入城內，但是從海上登陸突入城內的難度太大，第三路軍嘗試了幾次無果，隻能繼續用炮火轟擊城上的拜占庭軍。
城西依然是兩軍交戰的主戰場，不管拜占庭軍如何阻止，唐軍最終還是攻入城內，與城內的拜軍展開了激烈的搏殺。
這些拜軍深知遠戰不是唐軍的對手，他們依托街道、建築物，儘量與唐軍進行近戰，企圖依靠近戰阻擊唐軍向城內進擊。唐軍也沒那麼愚蠢，有火槍不用，非要去拚刺刀，基本都是隔著距離分波次射擊，不給拜軍近戰的機會。
不管拜軍如何拚死抵抗，始終還是被唐軍壓著打，唐軍步步為營，逐步向縱深攻擊，沿途倒斃了很多拜軍的屍體。
吳元濟不願讓劉梧獨占拿下君士坦丁堡的榮譽，強行在城南轟平了一大片區域，那裡的拜軍非死即逃，第三路軍強行登陸，終於也打進城內，城內拜軍的壓力驟增。
兩軍激戰了一天，唐軍已經占領了一半的城區，拜軍失敗的跡象非常明顯。兩軍在夜間暫停攻擊，互相防備著，等待第二天再戰。
就像吳元濟說的一樣，拜占庭內部也有拜奸，拜占庭北邊的一個守將，眼看君士坦丁堡即將陷落，就開始給自己找後路。這個守將與加拉太的猶太商人相識，於是讓加拉太的猶太商人穿針引線，私下裡向駐守在加拉太的唐軍投降。
旅長樊愛成帶著五千唐軍駐守加拉太，本來的任務就是防止拜軍從北麵突圍，既然有拜軍主動向他接洽投降，有這麼好的立功機會，他當然要利用。
經過猶太商人從中傳遞消息，拜占庭守將決定次日打開城門，放樊愛成所部入城。加拉太與君士坦丁堡之間隔著金角灣，猶太商人還專門搞來幾十條船，幫助運送唐軍。
由於唐軍從城西、城南突入城內，拜軍的主力都集中到這兩個方向堵截唐軍，城北的兵力非常空虛。
次日一早，城西、城南又展開激戰，樊愛成所部則乘船直抵北門，拜軍北門守將已經如約打開城門，五千唐軍從北門殺進城內。
城內的拜軍猝不及防，如同後背被捅了一把尖刀，由於城北的拜軍很少，樊愛成所部一路掃蕩過去，直撲拜占庭皇宮。
拜占庭皇家衛隊拚死抵抗樊愛成所部的進攻，但是隨著時間的流逝，城西、城南的唐軍也逐步逼近，拜占庭的覆滅即將到來。
拜占庭皇帝米海爾二世眼看大廈將傾，不願做亡國之君，更不願受辱，直接拔劍自刎。皇帝死了，皇家衛隊也失去了抵抗的意誌，樊愛成帶著部隊順利攻入皇宮。
隨著拜占庭皇宮的陷落，城內其他地方的拜軍也紛紛喪失了抵抗的意誌，先後向唐軍投降，君士坦丁堡正式陷落。
劉梧看到是自己的部將占領了皇宮，拿下君士坦丁堡的首功自然是第三路軍的，心中欣喜不已，好好地獎勵了樊愛成一番。
吳元濟一來想著為燒死的兩千部下報仇，二來被第三路軍奪下首功，心裡忿忿不平，決定對拜占庭軍展開報複。
吳元濟命令部隊將兩三萬俘虜全部驅趕到城西，準備挑一部分殺掉，劉梧聽到他的瘋狂想法，立即帶領幾個部將趕來，阻止他殺人。
劉梧認為，唐軍已經消滅了發射“希臘火”的拜占庭船隊，攻城時也先後消滅了兩萬多拜軍，已經算是報複了拜軍，沒必要再大開殺戒。
吳元濟認為，一碼歸一碼，攻城產生的死傷跟前麵無關，第三路軍前麵損失的兩千人一定要另外撈回來，必須再額外殺兩千拜占庭俘虜。
最後，吳元濟的兩個副將也不支持他的想法，認為大規模殺降勢必激起拜占庭人的巨大仇恨，唐軍將會麵臨持續的反抗，無法在此立足。
經過一番爭執和妥協，兩個主將最後決定殺掉一百個拜軍將領，以示懲罰。當然，守北門的幾個拜軍將領在樊愛成的力保下，不在此列。
吳元濟覺得心意難平，又提出瓜分拜占庭皇宮的財寶，劉梧哪敢同意，隻讓取出一部分財物犒賞部隊，其他的全部封存起來，等待朝廷派人過來清點接收。
吳元濟的兩個心願都沒得到滿足，覺得呆在君士坦丁堡沒啥意思，就帶領第三路軍拿下進攻希臘去了。
劉梧帶領第三路軍在君士坦丁堡休整了幾天，順便處理這邊的後事。劉梧認為君士坦丁堡陷落了，米海爾二世也死了，拜占庭帝國就相當於亡國了，留著那些俘虜也沒意思，就將他們全部釋放。
休整完畢後，劉梧留下一個羌戎團，又找了幾個拜占庭的降臣，組織一個臨時政府，為第三路軍提供後勤支持，劉梧則帶著第三路軍主力向北進攻保加利亞王國。