При поддержке артиллерии Гойон и Курсерак захватили господствующие над монастырем высоты. После этого совместной атакой монастырь бенедиктинцев был взят, особенно помог французам очень точный огонь кораблей. Войска Дюгэ-Труэна вплотную подошли к городу. Губернатор Рио-де-Жанейро Антонио де Альбукерке был ошарашен: он не ожидал от корсаров такой прыти. Прошло всего 4 дня, а французы уже захватили все предмостные укрепления и готовятся штурмовать город! Потери у португальцев были невелики (на 15 сентября — около 120 человек убитыми и 200 — попавшими в плен), но дух их серьезно пошатнулся. Город уже обстреливался с трех сторон: с кораблей, с батарей острова Кобрас и с высот монастыря бенедиктинцев. Португальцы пытались контратаковать, проведя отряд в 150 человек через лес и болото, расположенные у подножия епископского замка, но были отброшены картечным огнем и контратакой отряда мессира де Бовэ.
16 сентября Дюгэ-Труэн высадил десант на полуострове. Два из трех португальских кораблей, выбросившихся на мель 11-го, французы подожгли калеными ядрами и уничтожили. Напротив форта Санта-Круз была установлена батарея из 10 орудий. Ночью португальцы пытались контратаковать, но добились лишь уничтожения некоторых складов сахарного тростника, пороха и ядер, а кроме того, подожгли свои оставшиеся корабли, дабы они не достались французам.
17 сентября в результате авантюры нормандца дю Букажа корсары смогли освободить четырех матросов из отряда дю Клерка. От них они узнали много нового об обороне города. Тем временем португальцы, похоже, решили всерьез взяться за воинственных пришельцев. С подножия горы защитники города пустили отару овец, при этом в лесу укрылись 50 самых лучших стрелков. Французский сержант и два матроса, побежавшие к скоту, были хладнокровно перестреляны. Португальцы внезапно атаковали пост господина де Лиеста, который понес большие потери (около 30 человек были убиты, а 20 — ранены), но устоял. На помощь де Лиесту подошли отряды де Гойона и Дюгэ-Труэна. 200 гренадеров напали на португальцев с тыла, и все они были перебиты.
Вечером защитники Рио попытались отыграться — из города вышел практически весь гарнизон, 900 солдат и 600 человек милиции, которые атаковали отряд из 1000 французов под командованием де Гойона. Корсары укрылись за рогатками и ретраншементами, организовав прицельный ружейный огонь. В результате португальцы понесли огромные потери и, не дойдя до французских окопов, обратились в бегство. На поле остались лежать 800 горожан.
19 сентября на острове Кобрас были установлены еще 5 мортир и 20 орудий калибром 24 фунта Дюгэ-Труэн приказал новой батарее стрелять в стены форта Виганьон и попытаться пробить брешь. Одновременно корсар предпринял попытку дипломатическим путем решить проблему: он отослал де Альбукерке письмо, в котором предлагал почетную сдачу, грозя в противном случае уничтожить город
Губернатор ответил, что без приказа короля он не имеет права сдать город, а на упреки в плохом отношении к захваченным в плен корсарам дю Клерка отвечал, что только недостаток хлеба в самом городе создал трудности в их содержании. Но, уточнял губернатор, он не приказал расстрелять этих
Дюгэ-Труэн стал готовиться к решающему штурму. «Бриллиант» и «Марс» подошли к форту Сан-Жуан и открыли ураганный огонь по укреплениям португальцев. Ночью ядро, выпущенное самим Дюгэ-Труэном из пушки, расположенной на «Бриллианте», послужило сигналом штурма. 21-го числа отряд Дюгэ-Труэна начал атаку со стороны ворот Консепсьон, Гойон со своими солдатами одновременно выдвинулся от монастыря бенедиктинцев, с моря корсаров поддерживали 5 линейных кораблей, обрушившие град ядер на укрепления города. Шевалье де Курсерак пошел в лобовую атаку на монастырь иезуитов и в отчаянной схватке захватил его. Сразу же в бойницах были развернуты легкие пушки, которые начали обстрел укреплений города с суши. Отряды Гойона и Дюгэ-Труэна ворвались в город практически одновременно. Попытки мародерства и реквизиций были сурово пресечены: к примеру, 10 человек были расстреляны на месте только за то, что покинули колонну и попытались ворваться в богато украшенную церковь.
Защитники в полнейшем беспорядке отступили в форты Санта-Крус, Сан-Жуан и Виганьон. Французы заложили мины под стены бастионов, и взрывом обрушило одну из секций. 23 сентября на укреплениях португальцев взвился белый флаг. Одновременно крепости заволокло дымом — португальцы сжигали магазины и склады. Антонио де Альбукерке и Дюгэ-Труэн определяли сумму выкупа. Для устрашения корсар послал в предместья три отряда, которые разграбили и сожгли частные дома. Корсар наложил на губернатора выкуп — 600 тысяч крузейро, которые были подготовлены для отправки в Португалию. На всех торговцев была наложена дань в 1000 крузейро.