Спустя две недели после подхода к городским стенам Рима готы завершили сооружение осадных машин и начали штурм с северной и северо-восточной стороны. Атака по большей части провалилась. Осадные башни и тараны, которые готы выдвинули вперед, так и не достигли стен. Быков, их тянувших, сразу убили. Но тысячи диких воинов с осадными лестницами устремились к стенам. Большинству из них тоже не сопутствовал успех. Только в двух местах – в разных частях города – им едва не удалось прорваться. У Пренестинских ворот боевой таран сломал внешние ограждения, и толпу готов удерживали только внутренние траншеи до тех пор, пока не подоспело спешно отправленное Велизарием подкрепление. Еще более опасная ситуация сложилась у мавзолея Адриана (замок Святого Ангела), что за Элиевым мостом. Там готы засыпали ров, разогнали защитников градом стрел и как раз приставляли лестницы к амбразурам, когда были остановлены с помощью весьма необычных подручных средств. Стены мавзолея были украшены дюжинами великолепных статуй – фигурами императоров и богов. В какой-то момент отчаявшийся гарнизон обрушил их на осаждавших. Это помогло.
В конце концов Велизарий одержал верх на всех фронтах. Готы потеряли 20 000 человек, что настолько подкосило самоуверенность Витигеса, что он больше не пытался штурмовать город. Более надежным средством показалась ему осада. Но хотя он причинил большие трудности гарнизону и еще большие – населению, ему так и не удалось полностью перекрыть пути в город – сухопутные и речные, – и продовольствие в город продолжало поступать. Он также не смог помешать Велизарию переправить в Кампанью большую часть женщин, стариков и рабов. Лето было в самом разгаре, и орды готов начали страдать от малярии. Положение усугублялось грязью в переполненных лагерях. При этом Велизарий наконец начал получать подкрепления из Константинополя и смог устраивать вылазки, в которых его всадники не щадили готов.
Когда и штурм, и осада доказали свою неэффективность и попытка тайком проникнуть в город по акведукам тоже не дала результата, Витигесу, вероятно, следовало снять осаду, возложив на Велизария, армия которого оставалась очень маленькой, бремя наступления. Вместо этого он упрямо оставался в лагере у стен города в течение года и девяти дней, наблюдая, как его армия тает от болезней, а силы византийцев крепнут. Наконец, силы Велизария укрепились настолько, что он сумел, по-прежнему удерживая Рим, отправить вторую армию в поле. Ее возглавил офицер, которого звали Иоанн Кровавый. Армия должна была прорваться через Сабинские горы к Пицену, чтобы угроза нависла над Равенной. Иоанн, очень способный командир, в феврале 538 года захватил важный город Римини, что в 33 милях от Равенны. Известие о том, что столица под угрозой и враг в тылу, наконец заставило медлительного короля готов двигаться. Он сжег все семь лагерей и направился по Фламиниевой дороге в Пицен. Благоразумие и отвага Велизария получили блестящее подтверждение. Римляне, пережив осаду, продлившуюся 374 дня, получили возможность вздохнуть свободно.
Теперь центральная часть Италии была потеряна для готов. Театр военных действий переместился в Пицен, на север Этрурии, и в долину По, где война продолжалась еще два года (538–540). Она вылилась в борьбу за прибрежные города между Равенной и Анконой и за перевалы Амменин. Одна часть римской армии была сосредоточена в районе Римини и Анконы, а сам Велизарий с другой ее частью был занят зачисткой готских гарнизонов северной Этрурии. Две готские армии в Равенне и Авксиме (ныне Озимо) заперли северные римские силы в узкой прибрежной равнине и осадили Римини и Анкону. Здесь у Витигеса были все шансы на успех. Но когда гарнизоны уже были доведены до крайности, их сменило пополнение из Константинополя, которым командовал евнух Нарсес – препозит священной опочивальни.
Вынужденный перейти к обороне, Витигес отошел к Равенне, позволив римлянам занять провинцию Эмилия и даже переправиться через По и поднять восстание в Милане. Последовала длительная пауза. Велизарий обнаружил, что Нарсес намерен независимо командовать новой армией, и обратился к императору с просьбой отозвать евнуха. Тем временем он осадил две последние готские крепости к югу от Равенны, города Фьезоле в Этрурии и Авксим в Пицене. Оба города оказали достойное сопротивление, и пока Велизарий ничего не мог предпринять, Урайя, воинственный племянник Витигеса, взял штурмом Милан, разграбил его и восстановил господство готов к северу от реки По. Это было в 539 году. А король сделал единственный мудрый шаг за всю войну – отправил послов на восток, чтобы те сообщили Хосрову, правителю Персии, что практически вся византийская армия занята в Италии и он может с легкостью захватить Сирию и Месопотамию. Двумя годами раньше такой шаг мог спасти готов, но теперь было уже слишком поздно. Хосров начал действовать, но почти сразу получил сообщение о свержении и пленении Витигеса.