但巴比伦军队的反应速度还是超出了居鲁士的估计。在那波尼德率领的主力军队赶到后，他们又在南方的西帕尔附近建立了第二道防线。守军用就地挖掘的泥土，迅速构筑了一条新的临时长墙，并用挖掘出的壕沟作为掩护。居鲁士只得再次进行迂回作战，在留下仆从军进行仰攻后，带着最精锐的部队渡过幼发拉底河，直接杀向巴比伦主城。
公元前539年秋末，波斯军队准备包围世界第一大城市——巴比伦。然而，他们很快发现这座横跨幼发拉底河两岸的雄伟城市，实在是太大了。波斯军队有限的兵力根本不足以完成包围任务。尽管那波尼德将大量军队带去了北部防线，但留在城内的守军和临时动员起来的民兵，数量上依然多过波斯人的快速前进分队。更何况，巴比伦本身的防御设计在当时堪称最佳。
在波斯人拿下巴比伦城后的一个世纪，古希腊历史学者希罗多德曾拜访过这座威名远播的大城。当时的巴比伦虽然已经因为屡次反叛而被波斯人拆除了防御设施，但留下的巨大遗址仍然让希罗多德惊叹不已。整座城市以一个巨大的正方形横跨在幼发拉底河两岸，由泥砖和沥青建造而成的城墙不仅高耸而且厚实，其宽度足以让一辆驷马战车在城墙上驰骋。为了保护城墙不被外敌攻占，城墙上的塔楼往往沿着城墙的前后两侧成双成对地建造，这种严密程度在当时的世界上可谓绝无仅有。
在宽广的护城河内，是8座以城市信仰的神的名字来命名的城门。城门本身由青铜浇筑，非常坚固。最大的是以巴比伦的战争和生育女神伊西塔命名的北门。此门毗邻幼发拉底河，连接护城河的河道宽达1里，也正好从这个门的边上贯穿全城。由于此门的重要性，尼布甲尼撒二世曾三次对这个门的设施进行修缮，筑起了四个塔楼组成的防御网络。
至于城市的内部，还有诸如王宫和主神马尔杜克的神庙等坚固建筑，这些承担卫城要塞职责的建筑为守军提供了坚实的防御依托。城里平均高度可达3-4层的普通住宅和复杂的街道也是守军进行巷战防御的有利条件。因此，要拿下巴比伦，强攻绝不是一个好的选择。
然而，巴比伦城也难以出现很多超级大城市所会面临的物资匮乏。除了城里的储备物资，内城的东面、北面和南面都有大小不等的农产区，这些田地由外城的坚固城墙保护。即便被包围，巴比伦城内依然可以进行农业生产。当地的优质耕地可以确保小麦的收成达到种子的200-300倍之多。无花果、橄榄、葡萄以及枣椰子树，也可以提供各类其他口粮。
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既然强攻与围困都效果不大，居鲁士便只能采用智取的手段。波斯军队开始在城市的北面和东面挖掘壕沟，随后用壕沟内挖出来的土堆砌成几座大土堆。在这些土堆上，波斯人将几辆两层楼高的重型战车推了上去，对付巴比伦城墙上的弓箭手。在靠近河岸的伊西塔门附近，居鲁士命人砍伐了大量棕榈树，制作成攻城塔。这一切在守军看来，都是波斯人准备进行强攻的迹象。但他们却没有注意到护城河的水位正在缓慢下降。
每当夜幕降临，居鲁士就会派遣一些战斗力不强的部队去北面的河床边上挖掘新的壕沟。其中一条最大的壕沟成为了泄洪的引水渠，将幼发拉底河的河水引向附近的一大片沼泽地。这片沼泽地原先是巴比伦人为了泄洪而引水形成的人工湖，随着时间的推移，这片人工湖渐渐荒废成为沼泽地，这时又成为了波斯军队挖壕沟泄洪的最佳蓄水池。由于此地不在巴比伦城的视距范围内，工程又多在夜间进行，所以巴比伦城内的守军一直浑然不觉。
不久，巴比伦城的宗教节日来临。在守军和市民在美食和酒精的帮助下进入狂欢之夜时，波斯军队打通了壕沟与幼发拉底河的河道。随着水位的急速下降，居鲁士也分兵两路进攻城市。一支偏师被派往西面去攻击巴比伦城位于幼发拉底河西岸的西城区，而居鲁士带领着最精锐的部队迂回到城市的南面，准备从他们没有设立封锁区的那段河道钻入城墙之内。
波斯军队沿着宽阔的河道，走过没有关闭的闸门，而早已与他们勾结的祭祀集团，马上将他们迎入城内。西面的偏师也乘机一起攻击，在内应的帮助下拿下了防御薄弱的西城区。讽刺的是，由于狂欢的噪音和城市太大，东城区的巴比伦人还没有意识到西城区已经陷落。当波斯军队接着攻入东城区的街道时，城里的军民才发现大难临头。入侵者在自己的箭矢上涂抹了棕榈油，点燃后射击房屋的木质部分。伴随着熊熊烈焰，波斯军队的攻势席卷全城。
混乱中，那波尼德带着一支部队从城市的东门回到了巴比伦。由于不确信波斯迂回部队是否是一支分散他注意力的小分队，这位国王带回来的部队非常有限。在遭到波斯大军的迎头痛击后，一行人躲入了王宫据守。这时，对国王多有不满的巴比伦祭祀阶层继续发挥效果。他们献出了自己的马尔杜克神庙，接着从里面打开了王宫大门。波斯人蜂拥而入，那波尼德的随从和卫队被杀红了眼的入侵者一扫而空，国王的儿子伯沙撒被杀，国王本人被俘。盛极一时的新巴比伦王国，就此寿终正寝。
居鲁士占领巴比伦后，马上与城内的祭祀达成了共识，将那波尼德曾经怠慢多年的巴比伦主神马尔杜克再次扶正。作为回报，居鲁士被祭司们宣布为神的使者和巴比伦之王。恢复城市运转的工作得以展开，被波斯人攻击中打坏的城墙和城门也开始整修。所用的资金来自那波尼德留下的国库，接受雇佣的工人也是巴比伦本地人，所有事情仿佛又逐步回到了辉煌的往昔。
之后，居鲁士以巴比伦之王的身份命令余下的巴比伦军队停止抵抗。三周后，坚守在北方防线的军队开始投降。完成缴械的他们从北面的伊西塔门回到城内。居鲁士则马不停蹄地向巴比伦控制过的各地派遣军队，叙利亚与黎巴嫩海岸成为了重中之重。当这些城市接连投诚后，居鲁士又开始分配不同民族的军队到当地驻守。巴比伦城内的犹太人，开始映入他的眼帘。
对于犹太人而言，居鲁士的征服和统治手腕，堪称从天而降的福音。奴役他们的巴比伦王权被摧毁，他们自己也成为了波斯人统治帝国的重要棋子。居鲁士解除了对他们的囚禁，让他们全部返回故土定居。这些犹太人在新的大王政令下，开始重建圣殿与耶路撒冷，并压制了留守当地的本土犹太人后裔，成为了圣地的实际控制者。
这个重建的新犹太王国，在波斯帝国时期都是帝国主人的忠实盟友。他们将居鲁士奉为救世主，给予极高的评价。同时，犹太人为波斯后来在埃及的统治提供了不少驻军。《圣经》中的《以斯拉记》记载了居鲁士的这一善举，称他为“古列王”（Cyrus the Great）。犹太人的回归和重建，不仅标志着他们民族的重生，也巩固了波斯帝国在中东地区的统治地位。
四、逝世
波斯的威胁总是来自东西两边，但它没有能力在两线同时作战。在西线稳定之后，居鲁士大帝才得以抽出精力对付来自东北方的游牧人。公元前530年，他出兵征讨里海东岸中亚广阔草原上的马萨格泰人。马萨格泰人由寡居的女王托米丽司（Tomyris）统领。
居鲁士扎下营盘，只留下部分军队守卫，自己带领大部队悄然后退。马萨格泰女王的儿子率部劫营，杀死留守的波斯军人后，在原地饮宴。居鲁士回兵歼灭敌军，俘虏了女王之子。王子因羞愤而自杀。女王派使者告诉居鲁士：“我凭着马萨格泰人的主人太阳发誓，不管你多么嗜血如渴，我也会叫你把血喝饱的。”
双方的大战是居鲁士一生经历过的最残酷的战斗。在双方弓箭手射完所有的箭之后，两军展开肉搏厮杀，最终的胜利属于马萨格泰人。波斯军队几乎全军覆没，居鲁士阵亡。马萨格泰女王找到居鲁士的尸体，割下他的头颅，放进盛满血的革囊。她以此实践自己的誓言，让居鲁士“饱饮鲜血”。
后来，居鲁士的儿子冈比西斯二世（Cambyses II）继承了王位。他打败了该部落，运回了其父的尸首。居鲁士的遗体归葬故都帕萨尔加德（Pasargadae，位于今伊朗法尔斯省）。他赢得了永久的尊敬。200年后，灭亡波斯帝国的亚历山大大帝从希腊东征到此，不仅没有毁坏他的陵墓，相反还下令加以修葺。居鲁士陵2500年来屹立不倒。