Венгры с их более легкими и маневренными судами рвали цепь неуклюжих турецких кораблей с их неопытными навигаторами, рассеяли их, потопили две галеры вместе с их экипажами и захватили четыре другие со всем их вооружением. Оставшиеся суда турецкой флотилии, заваленные мертвыми и умирающими, попытались спастись бегством, но были сожжены по приказу султана, чтобы не допустить их попадания в руки врагов.
Победа венгров была полной. Теперь Хуньяди и пламенный крестоносец Капистрано ввели свои войска в цитадель, чтобы ободрить осажденный гарнизон. Бреши и пробоины в стенах были спешно заделаны, а орудия отремонтированы. Мехмед, взбешенный своим поражением на реке и вынужденный штурмовать цитадель, лично повел янычар в решающую ночную атаку. В конце концов они пробились в нижнюю часть города, отдельные их группы пытались взобраться на стены, чтобы проникнуть внутрь цитадели. Хуньяди хитроумно увел свои войска от стен и приказал им спрятаться, в то время как янычары рассеялись по пустынным улицам в поисках поживы. По заранее установленному сигналу боевые кличи венгров перекрыли их победные крики, и, прежде чем турки успели собраться вместе, они были окружены небольшими группами и по большей части истреблены.
Оставшиеся в живых бросались вниз из крепости только для того, чтобы встретиться с еще более неожиданной опасностью. Предыдущей ночью Хуньяди и Капистрано подготовили кучи вязанок хвороста с ветками, пропитанными серой. Утром эти вязанки были подожжены и сброшены вниз, вслед отступающему врагу. Пламя занялось со всех сторон. Бесчисленное количество турок оказалось в ловушке без малейшего шанса спастись и сгорело во рвах, которые вскоре были завалены грудами обуглившихся и изуродованных тел, а пытавшиеся спастись бегством все равно попадали в огонь. Отряды крестоносцев решительно бросились прямо на позиции осадной артиллерии противника. Турки в беспорядке отступили перед ними, оставив орудия, и были отброшены вплоть до их третьей линии обороны, перед лагерем султана. Мехмед, доведенный до бешенства, бросился в гущу схватки, но, после того как он своим мечом снес голову одному крестоносцу, был ранен стрелой и был вынужден покинуть поле боя. Его янычары в замешательстве разбежались. Доведенный до отчаяния такими действиями янычар, султан проклял их командира Хасан-агу, который лично бросился в бой и был убит на глазах у своего господина. С наступлением сумерек султан подал сигнал к отступлению, которое превратилось в беспорядочное бегство, и большое количество орудий, боеприпасов и провианта попало и руки противника в качестве трофеев.
Победа христиан вызвала в Европе повсеместное ликование. Но очень скоро после осады и Хуньяди и Капистрано умерли от чумы, которая опустошила Белград и его окрестности. Пятью месяцами позже, в канун Рождества, скончался проживший долгую жизнь Георгий Бранкович. Сама Сербия раскололась на протурецки и провенгерски настроенные части и погрузилась в династические и религиозные распри. В результате после двух успешных для турок кампаний она подверглась вторжению Мехмеда и была присоединена к Османской империи, обеспечив туркам прочную базу для экспансии в северном направлении. Отныне она должна была оставаться и руках турок на протяжении последующих пяти веков.
Весь 1457 год Мехмед, оставшийся без вооружений во время бесславного отступления от Белграда, никаких военных действий не предпринимал. Все это время он предпочитал оставаться в своем дворце в Адрианополе, заново отстроенном на острове посреди реки Марица, поскольку его дворец в Стамбуле все еще строился. Здесь два его юных сына – Баязид из Амасьи и Мустафа из Магнесии были подвергнуты обрезанию, сопровождавшемуся торжественной церемонией и веселыми празднествами в присутствии ассамблеи иностранных послов и лиц из религиозных, судебных и литературных кругов, собранных со всех частей империи.