18 мая ко рву напротив стен Месотихиона турки подтащили огромную башню с деревянным каркасом и покрытием из верблюжьих и буйволовых шкур. Под прикрытием башни они стали засыпать ров. С вершины башни велась стрельба, сгонявшая осаждённых со стен и не дававшая им помешать турецким землекопам. Однако ночью кто-то из осаждённых подполз к башне, заложил под неё бочонок с порохом и поджёг фитиль. Башня взорвалась, землекопы были перебиты или разбежались, а осаждённые расчистили ров и заделали вновь бреши в стене.
Это была последняя победа осаждённых. 23 мая вернулась венецианская бригантина, не нашедшая союзного флота, а 24 мая произошло лунное затмение, которое было воспринято осаждёнными как плохой знак. Императору предлагали тайно выбраться из города и возглавить вновь собранные силы где-нибудь за его пределами. Император отказался, справедливо полагая, что без вождя город быстро падёт, а вместе с ним — и вся Империя. Осаждённые вступили в переговоры с султаном, предлагая снять осаду за выкуп и уплату дани в будущем, но Мехмед II заломил невиданный размер выкупа либо предложил покинуть всем жителям город с пожитками, обещая беспрепятственно всех выпустить. Город не принял этих условий.
25 мая султан собрал совет, на котором, вопреки мнению маловеров, было принято решение о штурме города.
26 и 27 мая город подвергся ожесточённой бомбардировке. Турки соорудили специальные платформы ближе к стене и вытащили на них тяжёлые орудия, чтобы стрелять по стенам в упор.
27 мая вечером султан объехал войска и объявил о скором штурме и о том, что отдаст город победителям на три дня для грабежа.
28 мая, в понедельник, был объявлен день отдыха в турецком лагере, чтобы воины набрались сил перед решающим боем. Пока войска отдыхали, султан планировал, кому куда наступать. Решающий удар наносился в районе речки Ликос, где стены были сильно разрушены. Флот должен был высадить матросов и на побережье Мраморного моря и на побережье Золотого Рога, где те должны были штурмовать стены, отвлекая защитников от места главного удара. Особый отряд Заганос-паши должен был пройти по понтонному мосту через Золотой Рог и атаковать Влахернский квартал.
В ночь с 28 на 29 мая в 1.30 турецкие войска по всей линии пошли на штурм. В городе началась тревога и все, способные носить оружие, заняли свои места на стенах и у брешей.
В первой волне атакующих были башибузуки, иррегулярные войска, наименее ценная часть турецкой армии. Их султан бросил на стены первыми, чтобы они ценой собственных жизней измотали и обессилили защитников города. Среди башибузуков были турки, славяне, венгры, немцы и итальянцы. Их снабдили приставными лестницами. Атака их была угрожающей лишь на участке Ликоса, в остальных местах башибузуков легко отбивали.
В районе Ликоса обороной руководил Джустиниани, здесь были сосредоточены все мушкеты и пищали, бывшие в городе.
После двухчасового жестокого боя султан велел башибузукам отступить. Защитники стен стали восстанавливать временные заграждения в брешах. В это время турецкая артиллерия вновь открыла огонь по стенам, а на штурм была послана вторая волна осаждавших. Она состояла из собранных в Анатолии войск Исхак-паши. Анатолийцы атаковали стены от побережья Мраморного моря до Ликоса включительно. Источники сообщают, что и атака, и обстрел стен из пушек велись одновременно.
Всю ночь штурм успешно отбивался, но где-то за час до рассвета, когда удача стала склоняться на сторону осаждённых, удачный выстрел из огромной пушки, отлитой венгром Урбаном, повалил укрепления и проделал огромную брешь в стене. Три сотни анатолийцев ворвались в пролом, но были окружены греками и венецианцами во главе с самим императором и перебиты. На других участках укреплений штурм пока тоже отбивался.
Третья атака на город велась янычарами, которых сам султан довёл до крепостного рва. Янычары наступали двумя колоннами. Одни штурмовали Влахернский квартал, другие устремились в пролом в районе Ликоса.
В том месте, где стены Влахернского квартала соединялись с основными городскими укреплениями, янычары обнаружили тайную калитку, через которую осаждённые делали вылазки. Калитка оказалась незапертой, и до 50 турок прорвались внутрь Влахернского квартала. В это же время в районе Ликоса пулей был ранен в грудь Джустиниани, его стали выносить с поля боя, и многие генуэзцы из его отряда, поддавшись панике, отступили, оставив против пролома в стене греков и венецианцев во главе с самим императором.