Атака султана на городские стены шла тремя последовательными волнами. Первую образовало многоязычное нерегулярное войско, башибузуки, подгоняемое вперед ударами плетей и железных прутьев шедшей за ним шеренги военной полиции. Выставленные против лучше вооруженных и обученных войск, башибузуки тем не менее сражались почти два часа и лишь потом, по приказу Мехмеда, отошли, выполнив свою задачу — измотать противника в начале сражения.
Затем последовала атака хорошо вооруженных и дисциплинированных полков анатолийских войск. Вновь тревожно зазвучали церковные колокола, но на этот раз их звуки потонули в реве выстрелов пушки-монстра и другой тяжелой артиллерии, начавшей разрушать стены, в то время как пехота бросилась на частокол, возведенный под руководством Джустиниани из деревянных брусьев и бочек с землей там, где стены были повреждены предшествующим обстрелом. Турки карабкались по спинам друг друга, устанавливали осадные лестницы, прокладывая себе путь наверх, и были встречены градом камней, а затем втянуты в рукопашный бой. Число атакующих оказалось слишком велико для столь узкого фронта, и они несли большие потери. Но за час до рассвета точным попаданием ядра из огромной пушки Урбана был разрушен значительный участок укреплений. Отряд турок в триста человек стремительно бросился в пролом, крича, что город в их руках. Однако подразделение греков под предводительством императора остановило турок, убив многих и заставив отступить в ров остальных.
Султан также лично участвовал в атаке — не выпуская из рук железной булавы, он то подбадривал своих людей, то угрожал им — и был возмущен этой неудачей. Тем не менее пришло время, согласно плану, ввести в бой янычар, находившихся в резерве для нанесения главного удара. Без промедления они двинулись к укреплениям, подбадриваемые военной музыкой и строго соблюдая боевой порядок под градом летевших им навстречу стрел и других снарядов. Мехмед сам вел их вперед до крепостного рва и остановился там, выкрикивая слова воодушевления, пока один ряд янычар сменял другой. После часа рукопашной схватки воины не смогли существенно продвинуться вперед. Христиане, бившиеся без передышки уже четыре часа, продолжали сражаться с отчаянием обреченных.
А затем защитников города постигли две роковые неудачи. Во-первых, после вылазки против турецкого фланга случайно осталась незакрытой потайная дверь, Керкопорта, в северном углу крепостных стен, и, прежде чем ее успели закрыть, отряд турок прорвался внутрь и начал взбираться на башню. С ними можно было бы справиться, если бы не второе несчастье. Джустиниани был тяжело ранен выстрелом в упор, пробившим его нагрудную пластину. Страдая от сильнейшей боли, он лишился мужества и попросил унести его с поля битвы. Напрасно пытался император уговорить его: «Не бросай меня в момент опасности. Только от тебя зависит спасение этого города». Были открыты внутренние ворота, и люди Джустиниани понесли его по улицам города к Золотому Рогу, где погрузили на генуэзское судно. Увидев это, многие генуэзцы последовали за ним, преждевременно придя к выводу, что сражение проиграно.
