Утром 28 августа испанцы открыли огонь по крепостным стенам из двух орудий. После нескольких выстрелов разорвался ствол одной из пушек, а вторая оказалась слишком малого калибра для разрушения нижней части кладки. Попытка штурмовать укрепления, применив осадные лестницы, также провалилась: потери испанцев составили сорок солдат, а защитников города — всего три человека. Теперь, оказавшись в отчаянном положении, Кардона отправил во Флоренцию посла с предложением отступить в обмен на 30 тысяч дукатов и сотню вьюков хлеба.
Несмотря на кажущуюся решимость, вице-король получил от испанского монарха указание урегулировать ситуацию путем переговоров и в случае необходимости пожертвовать Медичи. Священная Лига уже начала разваливаться. Фердинанд Арагонский был разгневан тем, что Юлий II захватил Парму и Пьяценцу и пытался изгнать д’Эсте из Феррары. Вице-король открыто заявил флорентийскому послу Никколо Валори, что скорее предпочел бы видеть Флоренцию свободным городом, нежели под властью папы. Учитывая эти обстоятельства, Флоренции было бы разумнее согласиться с предложением Кардоны, но Содерини, убаюканный новыми надеждами, напротив, решил переждать, рассчитывая на то, что избавиться от испанцев без особых затрат поможет голод. Впоследствии Макиавелли подвергнет резкой критике такое решение, списав его на самонадеянность сограждан. Он утверждал, что, согласившись на условия испанцев, Флоренция сохранила бы независимость: «Благоразумным государям и республикам следует довольствоваться победой, ибо отсутствие такого довольства чаще всего и приводит к поражению». Хотя Содерини и вправду трудно было отказать в благоразумии, на этот раз это несомненное достоинство явило свою противоположность.
Не получив никакого ответа, Кардоне пришлось спешно принимать решение. Утром 29 августа он установил оставшееся орудие перед участком стены Серральо, где возвышенность, представляя естественное прикрытие, позволяла ближе подобраться к укреплениям. К одиннадцати часам в верхней части стены образовалась брешь шириной около двенадцати футов, и вице-король собрал войско для штурма. Он напомнил солдатам о выпавших на их долю невзгодах, заверив их, что продовольствия в Прато в избытке, пробудил жажду отмщения, напомнив им о соратниках, умиравших от отравленного вина, которое они находили в брошенных жилищах по дороге сюда. Надо сказать, речь вице-короля возымела действие. Кроме того, если город будет взят, Кардона пообещал солдатам полную свободу действий и сотню дукатов первому, кто ворвется в брешь. Тем не менее, желая избежать лишних потерь, он прежде отправил в город глашатая — потребовать добровольной сдачи города, в противном случае он возьмет его силой. В ответ Лука Савелли храбро заявил, что, если Кардоне нужен Прато, ему придется за него сражаться.
Около полудня испанцы подобно «бешеным псам» бросились в брешь. Ополчение Сан-Миниато и Вальдиньеволе пыталось их сдержать, однако, потеряв двоих, отступило перед яростью нападавших. Другие отряды ринулись прикрывать брешь, но захватчики уже врывались в город и, взбираясь по осадным лестницам, беспрепятственно преодолевали незащищенные стены. Штурм еще можно было остановить, если бы не обратившийся в бегство отряд аркебузиров, обстреливавший брешь из-за окружавшей сад стены. Неукротимые испанцы, безжалостно подавляя сопротивление, быстро заняли главные улицы и центральную площадь города.
Из ополченцев выжили те, кому удалось скрыться в домах и подвалах. Как только ярость поутихла, бессмысленным убийствам испанцы предпочли деньги за выкуп. Лука Савелли и флорентийский правитель Прато были взяты в плен, а ликующие захватчики предались мародерству и насилию: насиловали женщин всех возрастов, пытали мужчин, чтобы вызнать, где спрятаны ценности, брали в заложники детей. Вице-король и кардинал де Медичи просили сохранить честь женщин, но при всем желании остановить обезумевших солдат они не могли. И все же некоторых женщин, моливших о пощаде, Кардона и кардинал спасли. В течение трех недель испанцы, не гнушаясь ничем, бесчинствовали в Прато.
Сколько людей погибло во время осады и разграбления города, сказать трудно. Примерное число жертв составляет от 50 человек до 6 тысяч. Вероятно, истинное число где-то посередине: возможно, к 2 тысячам ополченцев, «павших, спасаясь бегством и моля о пощаде», как писал Франческо Гвиччардини, следует прибавить горожан, пытавшихся защитить себя, свои семьи, собственность и честь. Ответственность за их гибель всецело лежала на Содерини, хотя объективно в их смерти отчасти повинна политическая система Флоренции в целом.