El papa Clemente y sus seguidores ven el saqueo y la quema de Roma por Angus McBride.
Las tropas que defendían Roma estaban formadas por tres mil soldados nuevos italianos dirigidos por Renzo da Ceri, los ciudadanos romanos que se presentaron a la defensa organizados en milicias y por la Guardia Suiza del Papa. Clemente VII había despedido en marzo dos mil soldados suizos, que dejando Roma habían pasado a engrosar las filas del ejército de la Liga comandada por el duque de Urbino. También había licenciado unos 2.000 soldados de las Bandas Negras a cargo de Orazio Baglioni, pero parece ser que una parte de ellos estuvieron a la defensa de la ciudad en mayo.
Las fortificaciones de la ciudad incluían murallas imponentes y poseían una buena artillería, de la que el ejército imperial carecía. El duque Carlos III, duque de Borbón y Condestable de Francia, necesitaba conquistar la ciudad deprisa, para evitar el riesgo de verse atrapado entre la ciudad asediada y el ejército de la Liga.
El 6 de mayo, el ejército imperial atacó las murallas en el Janículo y la Colina Vaticana. El duque de Borbón fue mortalmente herido en el asalto por una bala de arcabuz en el muslo, disparo que el artista italiano Benvenuto Cellini se atribuyó a sí mismo.
La muerte de la última autoridad de mando respetada entre el ejército causó que desapareciera la moderación en los soldados, provocando la conquista de las murallas de Roma ese mismo día. Una de las acciones más memorables de la Guardia Suiza ocurrió en esos momentos. Casi toda la guardia fue masacrada por las tropas imperiales en las escalinatas de la Basílica de San Pedro. De 189 guardias de servicio solo 42 sobrevivieron, pero su valentía aseguró que Clemente VII escapara a salvo, a través del Passetto, un corredor secreto que todavía une la Ciudad del Vaticano con el Castillo de Sant'Angelo.
Tras la ejecución de unos mil defensores comenzó el pillaje. Se destruyeron y despojaron de todo objeto precioso iglesias y monasterios (excepto las iglesias nacionales españolas), además de palacios de prelados y cardenales. Incluso los cardenales proimperiales tuvieron que pagar para proteger sus riquezas de los victoriosos soldados. El 8 de mayo, el cardenal Pompeo Colonna, un enemigo personal de Clemente VII, entró en la ciudad. Fue seguido por campesinos de sus feudos, quienes vinieron a vengarse de los saqueos que habían sufrido antes por orden papal. Sin embargo, Colonna fue conmovido por las condiciones lastimosas de la ciudad y hospedó en su palacio a varios ciudadanos romanos.
Después de tres días de estragos, el Príncipe de Orange, como nueva cabeza del ejército en sustitución del fallecido Borbón, ordenó que cesara el saqueo, pero pocos soldados obedecieron. Mientras tanto, Clemente VII continuaba refugiado en el Castillo de Sant'Angelo. Francesco Maria della Rovere y Michele Antonio de Saluzzo llegaron con algunas tropas el 1 de junio a Monterosi, al norte de la ciudad. Su conducta —probablemente muy prudente— les impidió obtener la victoria contra los ahora totalmente indisciplinados soldados imperiales hispanos, alemanes e italianos. El 6 de junio, Clemente VII se rindió y acordó pagar un rescate de 400.000 ducados a cambio de su vida. Las condiciones establecidas en la capitulación incluían la cesión de Parma, Piacenza, Civitavecchia y Módena al Sacro Imperio Romano Germánico (sin embargo, solo la última pudo ser ocupada en realidad). Al mismo tiempo Venecia se aprovechó de su situación para tomar Cervia y Rávena, mientras Sigismondo Malatesta regresaba a Rímini.