وصل المسلمون إلى عمورية صبيحة السادس من رمضان 223 هجرية، وضربوا عليها حصارا شديدا، وكانت المدينة محاطة بأسوار عالية وخندق عميق، فأمر المعتصم جنده أن يأكل كل واحد منهم شاة، فقد كان قد غنم الكثير منها في طريقه، ثم يملأ جلدها ترابا ويلقيها في الخندق لردمه وتمهيد الطريق لمرور الدبابات والمجانيق.

وفي تلك الأثناء بعث الإمبراطور البيزنطي رسولا إلى المعتصم يطلب منه الصلح، ويعتذر له عما فعله بأهل زبطرة وملطية وتعهّد أن يعيدهما كما كانتا، وأن يفرج عن أسرى المسلمين الذين كانوا عنده، إلا أن المعتصم أبى الصلح.

وتُشير المصادر التاريخية إلى أن الخليفة واجه تحصينات معقّدة تمثّلت في أسوار حصن عمورية الشاهقة مما استدعى إعداد خطة عسكرية تتلاءم مع طبيعة الموقع الدفاعية، فأمر بصناعة مجانيق ضخمة تناسب ارتفاع الأسوار وتوازيها، بحيث تكون قادرة على إحداث خرق مؤثر.

وصُمّمت هذه المجانيق بأحجام كبيرة حتى إن الواحد منها كان يتّسع لـ4 مقاتلين، كما أُنشئت بهيكل متين ومحكم، وثُبّتت على قواعد مزوّدة بعجلات لتسهيل تحريكها ودفعها باتجاه الأسوار أثناء الحصار.

وأرسل قائد عمورية "ياطس" (أو مناطس) غلامين برسالة إلى ملك الروم يُعلمه فيها بنيته الخروج ليلا ومباغتة المسلمين، لكن جيش المسلمين أدركهما وأسرهما، وعلم المعتصم بالخطة فشدد الحراسة.

وبينما جيش الخليفة يجهز الطريق، أرشد أسير مسلم -كان قد تنصّر ليعيش في عمورية ثم عاد إلى الإسلام- الخليفة المعتصم إلى موضع في السور كان السيل قد هدمه، وأعاد الروم بناءه بناء شكليا ضعيفا بلا أساس متين، فأمر الخليفة بتركيز ضربات المنجنيق عليه حتى انهار.

ومع تركيز ضربات المنجنيق، انهار السور، واستسلم قائد ذاك السور والمدعو "وندوا" بعد أن رفض بقية القادة نجدته، ودخل المسلمون عمورية مكبرين في 17 رمضان (وقيل في أواخره)، وتحصن ياطس في برج قبل أن يُجبر على الاستسلام.