Армия и флот, доверху нагруженные награбленной в Никосии добычей, прибыли в Фамагусту в тот же день, 17 сентября, и сразу осадили город. Благодаря мужеству и предприимчивости обоих командующих эта осада с самого начала была куда более динамичным предприятием, чем осада Никосии: защитники часто совершали вылазки за стены и иногда даже устраивали бои прямо в турецком лагере. Это продолжалось всю зиму, и венецианцы не выказывали признаков усталости; в январе они даже значительно укрепили свой боевой дух и материальное обеспечение, так как к ним прибыло подкрепление 1500 человек, с оружием и боеприпасами, под командованием Марко и Маркантонио Кверини, которые смогли пробиться через ослабленную турецкую блокаду. В апреле количество запасов провизии стало внушать некоторую тревогу, но Брагадин эффективно решил эту проблему, выселив более 5000 «бесполезных ртов» из числа гражданского населения и отправив их искать убежища в соседних деревнях. К концу января Мустафа сменил тактику, приказав отрядам армянских саперов выкопать огромную сеть траншей к югу от города. Поскольку отряды эти насчитывали 40 000 человек, а к ним прибавились местные крестьяне, которых заставляли работать насильно, работа шла быстро: к середине мая вся территория на расстоянии трех миль от стен была изрыта траншеями, которых было достаточно для размещения всей армии осаждающих и которые были настолько глубокими, что по ним могли передвигаться конные всадники, а наблюдателям на бастионах были видны лишь кончики их копий. Турки соорудили в общей сложности десять осадных башен и расположили их на разном расстоянии от города – с них они могли обстреливать защитников сверху. 15 мая с этих башен начался последний обстрел.
Венецианцы защищались мужественно и решительно. Снова и снова их артиллерия уничтожала целые секции осадных башен, но все было тщетно: несколько сотен саперов принимались за работу, и к утру башни были как новые. Медленно тянулись недели, и защитники начали отчаиваться. Надежда на прибытие венецианско-испанских сил поддержки, которая воодушевляла их всю зиму и весну, угасла; не хватало пороха, недостаток провизии ощущался еще острее. К июлю в городе были съедены все лошади, ослы и кошки; остался только хлеб и бобы. Из всех защитников лишь 500 человек еще могли держать в руках оружие, да и те падали без сил от недостатка сна. 29 июля турки устроили новую общую атаку, пятую по счету. Христиане ее сдержали, потеряв две трети своего состава убитыми и ранеными. 30 июля произошла еще одна атака, 31-го – другая, но даже тогда Мустафа не смог прорваться в город. Однако той ночью венецианские командующие проинспектировали оборонительные сооружения, оставшиеся запасы еды и боеприпасов и поняли, что больше они не продержатся. Сдавшись добровольно, они, согласно общепринятым правилам войны, смогут избежать массовой резни и грабежей, которые в противном случае были неизбежны. На рассвете 1 августа на бастионах Фамагусты появился белый флаг.
Условия заключения мира были на удивление щедрыми. Всем итальянцам будет позволено сесть на корабли и уплыть на Крит; с ними могут отправиться греки, албанцы или турки, которые пожелают их сопровождать. По дороге их не станут преследовать турецкие суда – напротив, они предоставят им всю необходимую помощь. Грекам, пожелавшим остаться на острове, будет гарантирована свобода и сохранность собственности, и им дадут два года, чтобы решить, останутся ли они на Кипре насовсем; тем, кто решит уехать, предоставят свободный проезд в любую страну по их выбору. Документ, в котором были изложены эти условия, подписал сам Мустафа и скрепил его султанской печатью; затем его вернули Бальони и Брагадину с сопроводительным письмом, в котором выражалось восхищение их мужеством и великолепной защитой города.