Kun Corteksen joukko oli riittävästi levännyt, niin palasi entinen taisteluintokin. Tlaxcalalaisten avulla voitettiin ja vallotettiin kaikki maa Popocatepetlin ja Citlaltepetlin välillä. Verekset joukot, joita Velasquez oli lähettänyt Cubasta muka Narvaezille, rupesivat järjestään Corteksen palvelukseen. Tepeacan kaupungista Cortes 20 p. lokak. 1520 kirjotti kuulun kirjeensä Espanjan kuninkaalle ja päätti kertomuksen töistään seuraavin sanoin: »Kaiken sen yhdennäköisyyden vuoksi, joka on tämän maan ja Espanjan välillä, sen hedelmällisyyteen, suuruuteen, ilmanalaan ja muihin seikkoihin nähden, olen arvellut soveliaaksi nimittää sen »Valtameren Uudeksi Espanjaksi» ja pyydän Teid. Maj. vahvistamaan tämän nimen.» Vasta tästä kirjeestä Espanjassa hämmästyksellä saatiin tietää, että Cortes paraillaan vallotti kruunulle mahtavaa sivistynyttä valtakuntaa, jossa oli runsaasti mitä arvokkaimpia tuotteita, ja kautta Espanjan levisi sanoma sen rikkaudesta ja komeista kaupungeista.
Cortes oli varmasti päättänyt vallottaa takaisin, mitä oli menettänyt, ja hän oli saanut joukkonsakin suostumaan sotaretkeä jatkamaan, vaikka väsymys ja mielenmasennus alussa houkuttelivatkin useimpia palaamaan kotia. Mutta voidakseen vallita Mexicoa huomasi hän nyt välttämättömäksi ensinnä vallita järveä, jonka saarelle pääkaupunki oli rakennettu. Vera Cruzista tuotiin köydet ja rautaosat aluksia varten, joitten puuosat veistettiin Tlaxcalassa. Joulukuun puolivälissä Cortes jälleen lähti liikkeelle, mukanaan 550 jalkamiestä, 40 ratsumiestä ja 8 tai 9 tykkiä. Mutta lisäksi hänellä oli noin 100,000 miestä intianilaisia liittolaisia, jotka toivoivat saavansa takaisin itsenäisyytensä, kun Aztekkien valta oli hävitetty. Tämän armeijan keralla Cortes marssi Tezcocoon saman järven itärannalle, jonka länsipuolessa Tenochtitlan oli saaressaan.
Guatemotzin.
Mexicossa oli Montezuman veli ja seuraaja kuollut ja hänen jälkeensä 25-vuotias Guatemotzin, molempien veljenpoika, valittu hallitsijaksi. Tämä oli joka puolelta varustanut kaupunkia Espanjalaisten hyökkäystä vastaan.
Saatuaan valtaansa Tezcocon Cortes syvennytti siitä järveen vievän kaivannon uittaakseen sitä pitkin järveen 13 uutta alustaan. Kaivannon valmistumista odotellessaan hän teki useita partioretkiä pitkin järven rantoja oppiakseen tuntemaan pääkaupungin yhteydet maaseudun kanssa, ja vallotti samalla muutkin sillä puolella olevat kaupungit. Saatuaan Haitista vielä 200 jalkamiestä ja 70—80 hevosmiestä hän vallotti Xochimilcon, joka oli osaksi järveen rakennettu ja nimensä saanut puutarhoistaan. Siellä Cortes kerran taistelun tuoksinassa oli vähällä joutua vangiksi, mutta uskollinen palvelija ja tlaxcalalainen sotilas pelastivat hänet vihollisen käsistä. Guatemotzin oli lähettänyt 2,000 venettä ja 12,000 sotilasta kaupunkia auttamaan.
Velasquezin puoluekunta, jota armeijassa oli koko monta, teki näihin aikoihin salaliiton murhatakseen Cortekscn ja hänen uskollisimmat upseerinsa ja sen jälkeen palatakseen kotimaahan; mutta Cortes sai ajoissa tiedon aikeesta, mestautti juonen päämiehet ja repi sitten rikki salaliittolaisluettelon. Siitä pitäen hän kuitenkin piti uskollisimmista miehistään koottua henkivartijajoukkoa.
Tenochtitlanin vallotus.
Parin kuukauden kuluttua oli kaivanto saatu valmiiksi — työssä oli 2,000 mexicolaista — ja uudet alukset uivat sitä pitkin järveen. Nyt voitiin menestyksellä ruveta taistelemaan Aztekkien veneitä vastaan, jotka siihen saakka olivat estäneet kaikki yritykset tunkeutua patoteitä pääkaupunkiin. Kuhunkin alukseen sijotettiin yksi tykki ja viisikolmatta miestä. Sotajoukko, joka jälleen oli kasvanut 800 mieheksi, jaettiin sitten kolmeen osastoon, joita Alvarado, Sandoval ja Olid johtivat. Aztekit koettivat ensinnä järvellä onneaan, mutta Corteksen laivasto sai heistä loistavan voiton. Aztekkiläisten veneiden lähestyessä sattui viriämään suotuisa tuuli ja Espanjalaisten alukset laskivat vihollista vastaan täysin purjein. Lukemattomia veneitä purjehdittiin kumoon ja niitten sotijat saivat järvessä surmansa. Pari penikulmaa jatkettiin purjehdusta ja saatiin loistavampi voitto, kuin kukaan oli uskaltanut toivoakaan. Sitten katkaistiin Tenochtitlanin juomavesijohdot ja eteläinen patotie vallattiin. Kun myöhemmin voitiin vallata pohjoiset ja läntisetkin patotiet, niin oli koko kaupunki piiritettynä. Patoaukot luotiin ankarain otteluitten jälkeen tukkoon. Siitä huolimatta Aztekit kuitenkin taistelivat uupumatta. Maalla ja vesillä, kaikkialla kaikui heidän hurja sotahuutonsa, ikäänkuin olisi maailmanloppu ollut tulossa. Vihdoin Espanjalaisille onnistui tunkeutua aina kaupunkiin saakka. Kaduille rakennetut sulut ammuttiin tykeillä hajalle ja voittajat pääsivät etenemään aina suureen teokalliin saakka, johon oli pystytetty uusi jumalankuva. Se hävitettiin. Mutta ei vieläkään ollut mahdollista saada kaupungissa pysyvää jalansijaa, vaikka Cortes saikin uusia liittolaisia, varsinkin Tezcocon ruhtinaan, jolla oli 50,000 sotilasta, ja toiset kaupungit seurasivat esimerkkiä. Joka päivä uudistettiin hyökkäykset Tenochtitlania vastaan ja yksityisiä rakennuksia revittiin taikka poltettiin, mutta ylpeän pääkaupungin asukkaat eivät vielä sittenkään suostuneet rauhaan. Osa kaupungista oli jo hävitetty, luonnonesteet ja rakennetut varustukset vallattu. Kun eivät Aztekit sittenkään pyytäneet rauhaa, niin Cortes päätti tehdä viimeisen epätoivoisen yrityksen. Taisteluiden kestettyä jo kolme viikkoa tehtiin etelän ja lännen puolelta suuri yleishyökkäys. Mutta eräs espanjalaisista päälliköistä, Aiderete, oli liian hätäisesti tunkeutunut kaupunkiin aina suurelle torille saakka, joutumatta kiireessään kunnolla täyttämään patoaukkoa; Aztekit tunkivat joukon takaisin ja ahdistivat sen patotieltä järveen. Cortes yritti pienen osaston kanssa päästä apuun, mutta sai temmellyksessä haavan sääreensä ja kompastui. Monta mexicolaista jo kävi häneen käsiksi ja he olisivat ehdottomasti saaneet hänet vangiksi, elleivät eräät nuoret espanjalaiset olisi itseään uhraten häntä pelastaneet. Siitä huolimatta Cortes ei tahtonut peräytyä ja lopulta hänen omien upseeriensa täytyi kantaa hänet pois taistelusta. Tappelussa kaatui 40 espanjalaista ja, mikä pahempi, 62 joutui useitten intiani-liitlolaisten keralla Mexicolaisten vangiksi. Illalla kuultiin kaupungista suuren rummun paukkuvan jumalten kummulta ja pitkä jono mexicolaisia sotureita nousi portaita teokalliin. Kun matka ei ollut pitkä ja temppeli oli paljon korkeammalla muuta kaupunkia, niin Espanjalaiset sanomattomaksi kauhukseen saivat nähdä, kuinka Mexicolaiset sulilla koristivat uhriensa päät ja pakottivat heidät tanssimaan jumaliensa edessä, kuinka heidät sitten venytettiin uhrikivelle, rinta piikivi-veitsellä viillettiin auki ja sykkivä sydän reväistiin paikaltaan ja annettiin jumalille. Ei ole ihmettelemistä, että Espanjalaisissa tämän kamalan näytelmän jälkeen syttyi sammumaton viha, joka sitten kaupungin vallotuksessa puhkesi kamalaan kostoon.
Kahdeksan päivää kestäneen levon jälkeen päätettiin ruveta uuteen yritykseen ja repiä koko kaupunki talo talolta, sillä jokaista taloa puolustajat käyttivät linnanaan. Joka päivä uudistui tappelu, Guatemotzininkin palatsi paloi, nälänhätä kasvoi, asukkaat söivät juuria, ruohoa ja puutakin, mutta antautumista ei ajatellut kukaan. Aztekit aikoivat hautaantua pääkaupunkinsa raunioitten alle, samalla kun heidän mahtava valtakuntanakin sortui.
Piiritystä kesti kaikkiaan 75 päivää. Se päättyi vasta sitten, kun Guatemotzin, koettaessaan veneellä paeta kaupungista, 13 p. elok. 1521 joutui Espanjalaisten vangiksi. Vangitun kuninkaan pyynnöstä salli Cortes maaseutusotilaitten poistua kaupungista. Kolme päivää ja kolme yötä kulki padoilla sitten miestä ja naista yhtämittaisena jonona; niin uupuneita olivat kaikki, että tuskin jaksoivat laahata itseään mannerrannalle. Tenochtitlan oli kukistettu. Se oli kamalassa tilassa. Kaikki talot siinä kaupunginosassa, jota Guatemotzin oli viimeksi puolustanut, olivat kuolleita täynnä. Ne jotka vielä olivat hengissä, olivat niin uuvuksissaan, että tuskin saattoivat jäsentä liikuttaa. Mexicolaisten mieshukka arvioitiin noin 120,000—240,000 hengeksi.