王琳的军队抵达长沙，镇南府长史裴政请求从小路提前去江陵报信，走到百里洲时，被西魏军队抓获。梁王萧詧对裴政说：“我是梁武帝的孙子，难道不能当你的君主吗？若听我的话，你子孙都能富贵；若不服从，就砍你的头！”裴政假意回答：“愿听命令。”萧詧把他锁到江陵城下，让他喊话说：“王僧辩听说皇宫被围，已经自立为帝；王琳势单力薄，不会再来救援了。”裴政却对城中大喊：“援军大批赶到，大家要各自勉励！我作为密使被俘，定当粉身碎骨报效国家！”监视他的人打他的嘴，萧詧发怒，下令赶紧杀他。西中郎参军蔡大业劝谏说：“裴政是百姓敬重的人，杀了他，荆州就更难攻克了。”萧詧才放了他。裴政是裴之礼的儿子，蔡大业是蔡大宝的弟弟。
当时元帝向各地征兵，援军都没赶到。甲寅日（十二月二十八日），西魏军队从四面八方攻城，城中士兵背着门板、顶着盾牌抵御。胡僧佑亲自冒着箭石，日夜督战，奖励将士，严明赏罚，众人都拼死作战，所向披靡，西魏军队无法前进。不久胡僧佑被流箭射中身亡，城中内外大惊。西魏出动全部兵力攻打栅栏，城内叛徒打开西门放西魏军队入城。元帝和太子、王褒、谢答仁、朱买臣退守金城（内城），命汝南王萧大封、晋熙王萧大圆到于谨军营做人质，请求讲和。
西魏军队刚到的时候，众人建议用王僧辩的儿子侍中王顗担任都督，元帝不同意，还剥夺他的兵权，让他和身边十个人入宫守卫；等到胡僧佑战死，才任命王顗为都督城诸军事。裴畿、裴机、历阳侯萧峻都出城投降。于谨因裴机亲手杀了胡文伐，把裴机和裴畿一起杀了。萧峻是萧渊猷的儿子。当时城南虽被攻破，但城北的将领们仍在苦战；到了傍晚，听说全城陷落，才各自溃散。
元帝进入东阁竹殿，命令舍人高善宝烧毁古今图书十四万卷，准备自己投火自焚，宫女和侍从一起拦住了他。他又用宝剑砍柱子，把柱子砍断，叹息说：“文治武功的事业，今夜全完了！”随后让御史中丞王孝祀写投降文书。
谢答仁、朱买臣劝谏说：“城里兵力还很强，趁夜色突围出去，敌军必定惊慌，我们趁机反击，就能渡江去投奔任约。”元帝向来不擅长骑马，说：“这事肯定成不了，只会再受屈辱！”谢答仁请求亲自扶他突围，元帝问王褒的意见，王褒说：“谢答仁是侯景的旧部，哪值得信任！让他立了功劳，不如投降。”谢答仁又请求守卫内城，说收拢兵力能凑五千人，元帝同意了，当即任命他为城中大都督，还把公主配给他做妻子。可不久又召王褒商量，最终还是觉得不行。谢答仁求见却进不去，气得吐血离开。
于谨要太子去做人质，元帝派王褒送太子过去。于谨的儿子因王褒擅长书法，给他纸笔让他写字，王褒竟写下“柱国常山公家奴王褒”。过了一会儿，黄门郎裴政冲破城门逃出城去。元帝于是撤去皇帝的仪仗器物，骑着白马、穿着白衣出东门，抽剑砍着城门说：“萧世诚（元帝字）竟落到这步田地！”西魏士兵越过壕沟拉住马缰绳，把他带到白马寺北边，夺走他骑的骏马，换了一匹劣马给他，派高壮的胡人用手按住他的后背押着走。遇到于谨时，胡人强拉元帝下拜。梁王萧詧派铁甲骑兵把元帝拥进营中，关在黑色帐幕里，萧詧还当面反复责骂羞辱他。
乙卯日（十二月二十九），于谨命开府仪同三司长孙俭进入并占据金城（内城）。元帝骗长孙俭说：“城里埋了一千斤黄金，想送给你。”长孙俭就带元帝进城。元帝趁机诉说自己被萧詧羞辱的情形，对长孙俭说：“刚才骗你，只是想跟你说这事——哪有天子自己埋黄金的！”长孙俭于是把元帝软禁在主衣库（存放皇帝衣物的仓库）。
元帝生性残忍，又鉴于梁武帝为政宽纵的弊端，所以治国崇尚严厉。等到西魏军队围城时，监狱里关着的死囚将近几千人，有关官员请求释放他们充任士兵，元帝不允许，下令把他们全打死——这事还没做完，城就陷了。
中书郎殷不害之前在别处督战，城陷后和母亲失散。当时冰雪堆积，冻死者的尸体填满了沟渠。殷不害一边走一边哭，四处寻找母亲的尸体，只要看到沟渠里的死人，就跳下去抱起来查看。他全身冻湿，水和饭都没进过口，哭声从没停过。这样找了七天，终于找到了母亲的尸体。
十二月丙辰日（十二月三十），徐世谱、任约退守巴陵。于谨逼迫元帝写信召王僧辩来投降，元帝不答应。使者说：“现在王僧辩难道还能自己做主