5 и 6 мая турки яростно обстреливали стены, ясно было, что они готовится к штурму. Осаждённые ждали, что будет две атаки — с запада на крепостные стены и через залив при помощи флота. Но 7 мая штурм был только с западного направления. Турки не решились проводить десантную операцию на глазах христианского флота.

Штурмующие вновь атаковали городские стену у Месотихиона. Ночной бой продолжался три часа, но осаждённые отстояли укрепления. Турки так и не прорвались сквозь бреши в стенах.

Ещё одна попытка штурма, но уже Влахернского квартала, состоялась в ночь с 13 на 14 мая. Штурм был отбит, но для отражения потребовалось снять с кораблей часть матросов и прикрыть стену Влахернского квартала у берега Золотого Рога.

Следующая операция, задуманная султаном, предполагала сочетание минной войны и демонстраций турецкого флота около цепи. Турки начали издали подкоп под Влахернские стены, а турецкий флот из Босфора под звуки труб и грохот барабанов 16, 17 и 21 мая подходил к цепи, закрывающей вход в Золотой Рог, привлекал к себе внимание и христианского флота и гарнизона города и вновь уходил в Босфор.

Защитники всё же обнаружили подкоп и начали вести контрподкопы. Подземная минная война закончилась в пользу осаждённых, они взрывали и затопляли водой проходы, вырытые турками. 23 мая турки отказались от дальнейших попыток подкопаться под стены города.

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.