II. Mehmed, 1451 yılında Osmanlı tahtına geçtiğinde etrafı bütünüyle sarılmış olan bir şehirle karşı karşıyaydı.

Her iki sur da harap haldeydi ve çarpışmalar sürüyordu. Bu esnada Cenevizli komutan Giustiniani ağır yaralandı, İmparator Konstantin'in ricalarına rağmen yarasının tedavisi için limana götürüldü.^{[166][174][175]} Komutan Giustiniani'nin yaralandığı haberi Bizans birliklerinde bozguna yol açtı, Bizanslı askerler şehrin sokaklarında kaçışmaya başladı; Venedik ve Ceneviz askerleri de gemilerine binip kaçmak üzere limana yöneldi.^[168][175] Bozgunun etkisiyle güneydeki Piyi Kapısı da düştü, Osmanlı askerlerinin yağması başlamıştı. Ordunun ağırlığı şehrin merkezine doğru ilerlemekteydi, oradaki zenginlikler daha fazlaydı ve sancaktarlar bir an önce Osmanlı bayraklarını dikmek istiyordu.^[176] Öğle olduğunda şehir düşmüş ve yağma başlamıştı ancak Haliç surlarında, Vasileos, Leon, Alexius burçlarında direniş devam ediyordu; daha sonra Haliç surları düşürüldüyse de üç burç direnmeye devam etti, Giritli denizciler tarafından savunulan bu üç burç vire ile teslim oldu ve denizcilere evlerine dönmeleri için II. Mehmed tarafından izin verildi.^[9][171]

Ayasofya, şehrin en büyük bazilikası iken fethin ardından sembolik önemi dolayısıyla camiye çevrilmiştir.

Şehir düşerken İmparator Konstantin'e ne olduğu konusunda kesin bilgi bulunmamaktadır. Kaynakların çoğunluğu Konstantin'in savaşırken yüzünden ve sırtından aldığı kılıç darbeleriyle öldürüldüğünü belirtmektedir.^{[9][177][178]} Kaçışan askerlerin altında ezilerek öldüğü,^[171] kaçma fırsatı bulduğu fakat kendini astığı,^[179] kesik başının Megadük Notaras tarafından tanındığı ve diğer Müslüman ülkelere gönderildiği^[179][180] de iddialar arasındadır. Küçük direnişlere rağmen şehirde yağma ve talan devam ediyordu; Osmanlı denizcileri de Galata'ya çıkarak Giudecca adlı Yahudi mahallesini yağmalamaya koyuldu. Sakız Adalı Leonard'a göre rahibeler tecavüze uğradı, manastır ve kiliseler yağmalandı; 50 ilâ 60 bin sivil köle edildi. Bazı kadınların tecavüze uğramamak için intihar ettiği belirtilmektedir.^{[181][182][183]} Fakat bazı Osmanlı tarihçileri, sadece şüpheli görülenlerin öldürüldüğünü ve çoğu insanın sadece köle edildiğini yazmaktadır.^[184] Talandan kaçan bazı denizciler, kadırgalarıyla beraber denize açılmayı ve yağmayla meşgul olan Osmanlı donanmasını atlatmayı başarmıştı; İstanbul'un Fethi hakkında birçok bilgiye kaynaklık eden Sakız Adalı Leonard ve Niccolò Barbaro da kaçanlar arasındaydı.^[185] Yine de denizcilerin çoğunluğu esir edilmiş veya öldürülmüştü, kaptan Cabriel Trivixan esirler arasındaydı.^[186] O gün Konstantinopolis'te 300 bin Venedik dukası değerinde yağma yapıldığı tahmin edilmektedir.^[187]

II. Mehmed, vezirleri ve komutanlarıyla birlikte St. Romanos Kapısı'ndan (Topkapı) şehre girdi.^{[188][189][190]} Ayasofya'nın önüne gelen II. Mehmed, secdeye kapanarak toprağı öptü ve kiliseye sığınan kalabalığın köle yapılmakla yetinileceğini söyleyerek dışarı çıkmalarını istedi; canlarına dokunulmadı.^{[184][189][190]} Ayasofya'daki mozaikleri ve değerli mermerleri incelediği tarihî kaynaklarda geçmektedir. Bu sırada mermerleri sökmeye çalışan bir askeri görünce tepki gösterdi ve şehirdeki binaların kendi mülkü olduğunu söyledi.^[188][191] Hücumdan önce askerlere verdiği üç günlük yağma iznine rağmen yağma ve talanın derhal bitirilmesini, itaat etmeyenlerin idam edilmesini emretti.^{[9][192][193]}

Marmara surlarını savunan Şehzade Orhan, şehrin düştüğünü anlayınca surlardan aşağı atlayarak intihar etmiş ve başı II. Mehmed'e götürülmüştür.^[183][194] Megadük Notaras tutuklandı, sonra da idam edildi.^[195] Kuşatma boyunca Konstantin'in yanında çarpışan Giustiniani ise yaralarından dolayı öldü.^[196] İki tarafa destek veren Galata'daki Ceneviz kolonisi sakinleri diğerleri gibi saldırıya uğramaktan korkuyordu ancak Zağanos Paşa'nın telkinleriyle sakinleştirildiler, Vali Giovanni Lomellino, Galata'yı Osmanlılara teslim etti.^[197][198] II. Mehmed'in öldürmekle tehdit ettiği Paleologos ailesi ve birçok asil, Osmanlı donanmasının yağmayla meşgul olmasından istifade ederek Mora'ya kaçtı.^[192] Yine de kaçamayan asillerin canına dokunulmadı, esir alınan 29 Venedikli asil 800 ilâ 2000 duka altın fidyeyle serbest bırakıldı,^[199] Konstantin'in yeğeni Osmanlı sarayında yaşamına devam etti ve İslamı seçerek Mesih Paşa ismiyle sadrazamlık yaptı.^[200]