Ожесточенная сеча в этом проломе бушевала до заката солнца, после чего римляне отошли. Императору доложили, что подземные ходы прокопаны до фундаментов стен. За полночь римляне начали новый приступ с двух сторон, чтобы обороняющиеся, разойдясь на атакованные участки стен, не могли слышать стук пробиваемого выхода. Так и вышло. Пока защитники были заняты, римляне проломили выход, перерезали жителей в доме, через который они вышли на поверхность, перебили караульных и вырвались в город.
Теперь, когда оборона была прорвана, римляне рубили всех подряд, не различая ни пола, ни возраста. Некоторые жители бросились вниз со стен и разбились. А начальник гарнизона Набдата был взят живым. Его привели к императору, и тот по случаю победы приказал даровать ему жизнь. А Майозальмаху римляне превратили в прах и развалины. Когда император Юлиан двинулся дальше, надежный соглядатай донес ему, что в пещерах у стен разрушенной Майозальмахи затаился персидский отряд, чтобы неожиданно напасть на арьергард. Сейчас же были посланы легионеры, захватить засаду. Сложив у входов в пещеры хворост и солому, римляне подожгли их. Часть бывших в засаде задохнулась в дыму, а вышедшие наружу были перебиты. После этого был сожжен живьем и Набдат, не донесший об этом отряде. Римляне направились к Ктесифону, подвергаясь атакам персов. Пока три когорты бились с отрядом, сделавшим вылазку из города, другой персидский отряд напал на фуражиров с вьючными лошадьми, следовавшими сзади, и перебил их.
Юлиан был этим весьма разгневан. И тут на подступах к Ктесифону римляне увидели сильную крепость. Император с небольшим отрядом подъехал к стенам на разведку. Его опознали и тотчас обстреляли метательными снарядами. Юлиан отступил под прикрытие тесно сомкнутых щитов. Раздосадованный этим случаем, император осадил эту крепость. А когда из нее ночью сделали вылазку, нанесли большие потери одной когорте и убили трибуна, его охватило желание разрушить эту крепость. Император Флавий Клавдий Юлиан не покидал передовых позиций, сосредоточив силы на этой крепости. Чередовались штурмы и обстрелы, пока наконец укрепление не было взято и предано огню. Затем у стен Ктесифона состоялось полевое сражение. В нем, если верить А. Марцеллину, погибло около 2 500 персов и только 70 римлян.
Персы укрылись в столице, и осаждать Ктесифон римляне не стали, ибо не пришел корпус из Армении. Более того, желая пополнить армию, Юлиан приказал сжечь более тысячи судов своего речного флота. Лишившись возможности легко переправляться через реки и каналы, римская армия оказалась на выжженной земле. Персы поджигали траву и посевы, лишая римлян еды и фуража. И римские завоеватели начали отступление на север, атакуемые с разных сторон персами. Произошло несколько битв, в которых римляне победили, ибо их не удалось остановить. Но и персы не были разбиты, а отступили. В этих битвах погибли: сатрап Адак и командир легиона Ветранион.
Римляне начали уже голодать. Но персы не смогли разгромить их и сопровождали конницей с обеих сторон. Римская армия передвигалась колоннами, расположенными в виде четырехугольника. Причем на довольно значительном расстоянии одна от другой. Вдруг Юлиан, вышедший несколько вперед и бывший без вооружения, получил известие о нападении на арьергард. В волнении он забыл надеть панцирь, схватил только щит и поспешил назад. В это время персы атаковали авангард. Пока император, забыв об опасности, восстанавливал здесь порядок, персидская тяжеловооруженная конница атаковала центр. Император Юлиан помчался туда и бросился в первые ряды. Персы уже стали поворачивать, и Юлиан поднял руки с криками, показывая, что противник отступает. В этот момент брошенное неизвестно кем кавалерийское копье пробило ребра императора и застряло в печени. Юлиана унесли в палатку, а битва продолжалась до вечера. Потери были велики с обеих сторон. Пали 50 персидских вельмож и сатрапов и ряд римских чиновников и полководцев. Но Шапур II не участвовал в битве, а император Юлиан умер от раны 26 июня 363 года.
На следующий день императором был провозглашен Иовиан, и отступающие римляне возобновили сражения. Новый император Иовиан поспешил заключить с Шапуром II мир, по которому к Эраншахру отходили пять областей в Месопотамии и Малой Азии и города Нисибин и Сингара. Да еще по этому мирному договору Римская империя обязывалась не оказывать помощи своему союзнику Армении. Этот позорный для Рима договор Иовиан подписал, спеша в Константинополь укрепить свою власть. Но так туда и не добрался и подох в пути 17 февраля 364 года. Зато Иран получил важные приобретения.