چون پاسخ کیخسرو به خشم و تندی پدیدار گشت، افراسیاب دلی پردرد و سری پرشتاب یافت. گنجینه‌های درم، کلاه‌خودها، تیغ‌های هندی و تخت‌های شهریاری را میان سپاهیان توران بخشید تا در برابر هجوم ایرانیان ایستادگی کنند. شب تیره که جامه برچید و خورشید بر آسمان دمید، گنگ‌دژ در شبنم و نور سپیده‌دم چون پشت پیلی سپید نمایان شد. نالهٔ کوس از دو سو برآمد؛ زمین از شتاب سم اسبان چون آهن سخت گشت و هوا از دود و گرد به رنگ آبنوس درآمد.
کیخسرو، شهریار فرخنده و نیک‌گمان، بر زین نشست و پیرامون دژ را برانداز کرد. او سپاه ایران را به چهار جناح تقسیم نمود: رستم دستان را بفرمود تا کرانهٔ دریا را به محاصره درآورد؛ گستهم فرزند نوذر را در سوی دیگر بگماشت؛ گودرز کشواد را بر جناح سوم گماشت و خود با پیلان گردکش، کوس‌های جنگی و سواران بی‌شمار بر جهت چهارم ایستاد. سپس فرمان داد تا خندقی عمیق و پهن به درازی دو نیزه گرد تا گرد حصار بکنند تا تورانیان نادان نتوانند شبیخون زنند.
استادان و مهندسان نامدار از روم، چین و هند گرد آمدند؛ ۲۰۰ منجنیق، ۲۰۰ عراده و ۲۰۰ چرخ کمان‌کش بر هر درگاهی برافراشته شد. به فرمان شاه، سپاهیان شالودهٔ باروی رویین دژ را خالی کرده و زیر دیوارها را با ستون‌های چوبین برپا داشتند و آن‌ها را به نفط سیاه آلودند. پیش از آغاز رزم، کیخسرو از لشکر جدا شد و در درگاه جهان‌آفرین بر خاک افتاد. شاه پاک‌نهاد چون مار بر خاک می‌پیچید و سر بندگی به درگاه یزدان می‌سود و می‌گفت: «ای دادگر، دادگری مرا می‌بینی؛ سر جادوان و بدسگالان را خوار کن و مرا نصرت بخش.» چون سر از خاک برداشته و جوشنِ کین بر تن کرد، سوار بر باره شد و فرمان آتش داد.
نفط سیاه بر ستون‌ها آتش گرفت و چوب‌های آغشته چو هیزم بسوختند. باروی گران‌سنگ گنگ‌دژ تو گفتی که از جای کنده شد و چون کوهی سرنگون بر خاک افتاد. گروهی از دلیران توران از بالای باره فروریختند و گرد و دود، چهر خورشید را کبود ساخت. رستم کینه‌جوی با درفش بنفش و شیرپیکر خود پیش تاخت و با سپاهی از نیزه‌وران و پیادگان تبرزین‌دار بر رخنهٔ دژ زد. نبردی خونین درگرفت؛ رستم با گرز گران، دو سپهسالار توران—گرسیوز، برادر کینه‌توز افراسیاب، و جهن، فرزند دلاور او—را زنده به چنگ آورد و به بند کشید.
افراسیاب از فراز کاخ بلند خویش نگریست و دید که دو بهره از سپاهش کشته شده و مابقی پای به فرار نهاده‌اند و پیلان بر کشته‌شدگان می‌گذرند. دلش از داغ و درد لبریز گشت؛ روزگار شادمانی و تاج و تخت خود را بدرود گفت. اما شاه توران از راهی نهانی و زیرزمینی که پیشتر در شالودهٔ کاخ کنده بود، همراه با ۲۰۰ تن از نامداران خویش در دل تاریکی گریخت و در بیابان‌های بی‌پایان ناپدید گردید.
چون کیخسرو بر تخت زرین افراسیاب نشست و پی به گریز او برد، گرسیوز و جهن را بازجویی کرد اما نشانی از اختفای او نیافت. کیخسرو گفت: «دشمنی که آواره گردد، مرگ و زندگانی‌اش یکی است.» آن‌گاه بخردان و موبدان را بر گنجینه‌ها گماشت و فرمان داد کسی به سرای زنان و خویشان افراسیاب دست‌درازی نکند. این بخشایش، آتش خشم ایرانیان را برافروخت؛ سپاهیان نجوا می‌کردند که چرا کیخسرو کینِ خونِ پاکِ سیاوش و خواریِ مادرش فرنگیس را نمی‌ستاند و کاخ تورانیان را به آتش نمی‌کشد؟
کیخسرو چون خبر یافت، سران را گرد آورد و پند داد: «با کینه باید داد آورد، نه بیداد. نیکی است که در جهان یادگار می‌ماند.» سپس پوشیده‌رویان کاخ توران—مادران و دختران شاهی—با جام‌های مجمر و عنبر پیش آمدند و زاری‌کنان به پای کیخسرو افتادند. بانوی مهتر توران گواهی داد که چگونه در برابر ستم افراسیاب برای سیاوش گریسته بود. کیخسرو دلی پردرد یافت، اشک از دیدگان ببارید و بر آنان بخشایش آورد و امان‌نامه داد. شاه به ایرانیان بفرمود تا دل از کینه بشویند، از کشتن بی‌گناهان دست بردارند و گنج‌های توران را میان خویش بخش کنند. سرانجام سرکشانی که در شهرهای توران بودند، فرمان کیخسرو را گردن نهادند و نامه‌ها و هدایای تسلیم به درگاه شاهنشاه ایران فرستادند.