การที่ซีราคิวส์สามารถผลักดันการล้อมของโรมันได้สำเร็จหลายครั้งทำให้พวกเขาหลงระเริง เมื่อ 212 ปีก่อนคริสตกาล ฝ่ายโรมันได้รับข้อมูลมาว่าชาวเมืองกำลังเข้าร่วมเทศกาลประจำปีซึ่งเป็นการบูชาเทพีอาร์ทีมิส ทหารโรมันกลุ่มเล็กได้ลอบแทรกซึมเข้าสู่เมืองในเวลากลางคืนและสามารถปีนกำแพงเข้าไปในตัวเมืองชั้นนอกได้ หลังจากที่สังหารยามจำนวนน้อยที่กำลังปฏิบัติหน้าที่อยู่แล้ว ทหารโรมันได้รับการเสริมกำลังเพิ่มเติมและบุกโจมตีชาวซีราคิวส์ที่กำลังผ่อนคลายขณะกำลังงีบหลับและเปิดประตูเมืองให้แก่กองทัพส่วนที่เหลือ

มาร์คัส เคลาดิอัส มาร์เซลลัส ออกคำสั่งว่าอาร์คิมิดีส นักคณิตศาสตร์ที่เป็นที่รู้จักกันดี และอาจเป็นที่รู้จักมากพอ ๆ กับมาร์เซลลัส ในฐานะเป็นผู้ประดิษฐ์เครื่องกลไกที่มีอิทธิพลต่อการล้อมอย่างมาก ไม่ควรจะถูกสังหาร อาร์คิมิดีส ซึ่งขณะนั้นมีอายุได้ 78 ปี ยังคงศึกษาค้นคว้าต่อไปหลังจากฝ่ายโรมันสามารถบุกเข้าเมืองได้แล้ว และขณะที่อยู่ที่บ้าน งานของเขาถูกรบกวนโดยทหารโรมัน อาร์คิมิดีสประท้วงการรบกวนนี้และกล่าวอย่างหยาบคายให้ทหารนายนั้นออกไปเสีย ทหารนายนั้นไม่ทราบว่าเขาเป็นใคร จึงสังหารอาร์คิมิดีส ณ จุดนั้นเอง

ฝ่ายโรมันซึ่งสามารถควบคุมเมืองชั้นนอกได้ทั้งหมดแล้ว แต่ส่วนที่เหลือของชาวเมืองซีราคิวส์ได้ถอยกลับเข้าไปในที่มั่นภายในตัวเมือง และทำการรบต้านทานต่อไป ฝ่ายโรมันซึ่งบีบวงล้อมเข้าไปยังที่มั่นนั้น และประสบความสำเร็จในการตัดเสบียงจากพื้นที่ที่จำกัดนี้ หลังจากการล้อมนานแปดเดือน ซึ่งทำให้ฝ่ายป้องกันประสบความยากลำบากอย่างยิ่งจากความหิว ก็มีผู้ทรยศชาวซีราคิวส์เปิดประตูให้กับฝ่ายโรมัน ฝ่ายโรมันซึ่งโกรธจากการล้อมที่กินระยะเวลานานและเสียกำลังพลไปมาก ได้อาละวาดในที่มั่นแห่งนั้นและสังหารชาวซีราคิวส์ไปเป็นจำนวนมากและจับคนที่เหลือเป็นทาส เมืองนั้นถูกปล้นสะดม