然而到了第二天，陈后主却忽然说：“长期和隋军这么僵持着，不能速战速决，实在令人心烦，还不如让萧摩诃出兵前去迎战。”任忠跪地叩头苦苦哀求，不要出战。这时，忠武将军孔范却站出来说：“我同意我军与隋军决一死战，而且我相信我军必胜，到那时我将为陛下在燕然山刻石立碑纪念战功。”陈后主听从了孔范的建议，对萧摩诃说：“现派你替我去和隋军进行决战!”萧摩诃说：“我出兵作战,向来都是为了国家和自己，然而今日一战，还为了我的妻儿及家人。”听到此话,陈后主决定,用金钱财物作为奖赏，分配给各路军队。
二十日,陈朝命令鲁广达率军驻扎在各军的最南边，在白土冈摆开阵势。由南往北，依次是任忠、樊毅、孔范，而萧摩诃的军队在最北边。陈朝军队阵势浩大，南北长达二十里，美中不足的是，首尾军队的进与退互相都不能了如指掌。
隋将贺若弼率轻骑部队登上钟山，远远望见陈朝众军摆开的浩大阵势，便疾驰到山下，与他所统领的七位总管杨牙、员明等将，率八千兵士，也摆好阵势准备迎战。其实，萧摩诃一开始就不想为陈后主打仗，因为陈后主曾私通萧摩诃的妻子。所以，只有鲁广达率领部下与贺若弼的军队誓死抗衡，拼死力战。陈朝军队曾四次逼迫隋军后退，贺若弼的部下也战死二百七十三人，直到军队用烟火作为掩护，才得以摆脱困境重新振作起来。陈朝兵士获得隋军人头，纷纷向陈后主索要奖赏。贺若弼看到陈朝军队竟如此骄傲轻敌，于是又一次率军杀向孔范的军阵。这一次刚交手，孔范的部下便溃不成军。陈朝其他的军队看到此景，完全乱了阵脚，骑兵、步卒一起纷纷逃亡，导致互相踩踏，死了五千人。萧摩诃被隋朝总管员明擒获，随后被交到贺若弼那里。当贺若弼看到萧摩诃面对斩首竟然面无惧色时，便决定给他松绑并以礼相待。
任忠策马进入建康城拜见陈后主，向他叙说了决战失败的经过。然后说：“陛下还是好自为之吧，我等也是无能为力！”陈后主让他再募兵出战，随即给了他两串金子。这时，任忠却说：“当务之急就是陛下赶紧准备船只前往上游，与周罗等人统领的大军会合。我当誓死护送陛下。”陈后主相信了任忠，并命令他出外安排相关事宜。此时的陈后主还不忘下令给后宫宫女们，让他们也收拾行装，等待任忠，可是等了很久都不见任忠的踪影。谁曾想，任忠已经在韩擒虎率军从新林向台城进发时，率领部下及一些骑兵前往石子冈，打算投降于韩擒虎。
陈朝领军将军蔡徵当时率军镇守朱雀航，听说韩擒虎率军前来，他的部下都惊慌失措，纷纷逃跑。韩擒虎便在任忠的带领下，直接进入朱雀门。虽然还有一些陈军将士想进行抵抗，任忠却对他们挥挥手说：“我都投降了隋军，你们还抵抗什么？”于是陈朝军队也全都逃散。台城内的文武大臣也都纷纷逃跑，只有尚书仆射袁宪在殿内，尚书令江总等数人在尚书省府中没有逃窜。面对此情此景，陈后主唏嘘感慨！对袁宪说：“和对待别人比起来，我对你向来不好，可时至今日只有你还肯留在我的身边，让我非常的惭愧。造成目前的这种局面，不仅仅是因为我无德无能，和江东的那些士大夫们丧失气节也有关系！”
惊慌失措的陈后主，想找个地方躲起来。袁宪却严肃地说：“我想，即使隋军进入皇宫，也不会对陛下有什么冒昧之举。况且事已至此，陛下又能躲到什么地方去呢？我恳请陛下依照当年梁武帝见侯景的做法，整理衣冠，穿戴整齐，端坐在正殿。”没有理会袁宪的陈后主从坐床上下来，一边飞奔着一边说：“兵刃之下，我岂能拿自己的生命开玩笑？我自有办法！”于是，跟着十余个宫人仓皇逃出后堂景阳殿，看到一口井就要往里跳。袁宪苦苦哀求，陈后主依旧不听。即使夏侯公韵用身体遮挡住井口，陈后主也在极力相争很久后，跳进了井里。不久，有隋军向井里窥视并大声喊叫，井下无人回答，等到隋军佯装要向井下扔石头时，才听到井下有人呼唤。隋军向井里抛下绳索，打算往上拉人，却感到非常沉重，十分吃惊！直到把人拉了上来，才发现原来是陈后主与张贵妃、孔贵嫔二人一起顺着绳子上来了。而沈皇后却还像平常一样，一点也不惊慌。
当时只有十五岁的皇太子陈深，关上门，安然端坐，太子舍人孔伯鱼侍奉在一旁。隋军兵士推门而入，陈深依旧正襟危坐，甚至还对隋军说：“你们一路上鞍马劳顿，不知道有没过度劳累呢？”隋军兵士都纷纷向他致敬。当时有一百余陈朝宗室王侯在建康城中，陈后主怕他们发动政变，就把他们纷纷召进宫里，并命令他们聚集在朝堂，暗中严加戒备，并派遣豫章王陈叔英监督他们。一直到台城失守以后，他们才相继出来投降。
隋将贺若弼率军乘胜追击，攻打到乐游苑，陈朝都督鲁广达仍率残兵败将奋力抗击。一直到天快黑，共杀死和俘虏隋军数百人的鲁广达面向台城拜了三拜，忍不住失声痛哭，对部下说：“我没有能够拯救国家，实在是罪孽深重！”面对此番景象，他的部下也都痛哭流涕。最终还是放下武器被隋军俘获。把守台城各个宫门的卫士们也都四处逃散了，贺若弼烧掉北掖门，率军在夜间进入皇宫，得知陈叔宝已被韩擒虎抓住，就亲自前来察看。陈叔宝汗流浃背，战战兢兢非常害怕，连忙向贺若弼叩头跪拜。贺若弼却对他说：“按照礼节，你一个小国的君主，见了大国的公卿大臣，自当跪拜。但我大隋朝也注重仁义，阁下即使归顺了隋朝，也还是做王做侯的命，所以没有必要害怕。”
过了一段时间，贺若弼在得知战功在韩擒虎之下之后，便与韩擒虎发生争执，怒气冲冲地拔刀而出，威逼陈朝前吏部尚书蔡徵为陈叔宝起草降书，还下令让陈后主驾车归附自己，但都没有实现。于是贺若弼将陈后主置于德教殿内，并派士兵把守。
隋朝的高先进入建康，当时高先的儿子高德弘是晋王府记室参军，杨广就派他骑马前来拜见高先，同时传令留下张丽华。高德弘说：“古时候姜太公吕尚蒙面斩了殷纣王的宠姬妲己，今天我又怎能留下张丽华！”于是将张丽华在青溪斩首。
二十二日，晋王杨广进入建康后，得知陈朝中书舍人施文庆虽被委以重任，管理军事要务，却不能忠心操劳国事，反而谄媚为奸，蒙蔽天子耳目；前中书舍人沈客卿也横征暴敛，盘剥百姓，以此博取陈后主的欢心；太市令阳慧朗、刑法监徐析、尚书都令史暨慧景等人都是祸国殃民的奸臣。为了答谢三吴地区的百姓，杨广将他们在石阙旁一起斩首。杨广又让高德弘和元帅府记室参军裴矩一道收缴南陈地图和户籍，封存国家府库，而对金银财物分毫未动。因此，天下的人都认为杨广贤明，对他大为赞赏。裴矩是裴让之弟弟的儿子。
因为贺若弼先前率军与陈朝军队决战，违犯了军令，晋王杨广下令将他逮捕并打算移交给相关的执法官员。隋文帝听说此事后，派驿使传令召贺若弼入朝，并给杨广下诏书说：“正是凭借着贺若弼和韩擒虎二人的力量，这次我们才平定了江表地区。”还下令将布帛等物一万段赏赐给贺若弼。不久又赐给贺若弼和韩擒虎诏书，赞美他们二人的功绩。