Кортес не оставил мысли об овладении Теночтитланом. Он вынашивал план разгрома основных сил ацтеков и, таким образом, их империи. Город, стоящий на воде, по его плану надо было взять во взамодействии с флотом. Он решил построить 13 бригантин, оснастив их пушками, разобрать корабли и, используя индейцев-носильщиков, перебросить их в глубь страны, а в водах, омывающих Теночтитлан, вновь собрать корабли. Вождь тлашкалтеков, за удовольствие видеть падение Теночтитлана, обещал и дал необходимое количество индейцев-носильщиков. Он готов был дать и 10 тысяч носильщиков, но понадобилось лишь 8 тысяч. Корабли построили, разобрали, перебросили (13 бригантин), вновь собрали у Теночтитлана. Древнейшее пророчество исполнялось с грозной неотвратимостью. Начался штурм-осада Теночтитлана.
Испанцы снова атаковали город 4 июня 1521 года. Осада закончилась падением Теночтитлана 13 августа 1521 года. Несмотря на многочисленные бои, которые велись между коренным населением и конкистадорами, именно падение Теночтитлана стало началом падения Ацтекской империи. Кортес 4 июня начал штурм Теночтитлана. Согласно плану Кортеса, три отряда ринулись на штурм столицы. Главная трудность предстоящего сражения заключалась в том, что к Теночтитлану нужно было пробиваться по дамбам, где нельзя было использовать лошадей. Индейцы на плотинах обстреливали европейцев из луков, укрываясь за домами, небольшими крепостями, баррикадами или просто завалами.
В первые дни испанцам не удалось добиться каких-либо успехов. Тогда Кортес распорядился разрушить водопровод, снабжавший столицу питьевой водой. Это сооружение начиналось в Чапультепеке. Сюда был направлен первый удар отрядов Альварадо и Олида. Ацтеки защищались яростно, но не могли устоять против мощного натиска противника и отступили. Испанцы разрушили часть акведука – и водопровод перестал действовать. Население стало испытывать нужду в питьевой воде. В Теночтитлане было несколько колодцев, но воды, которую они давали, не хватало, и ее приходилось доставлять в город на лодках. Первые же попытки испанцев овладеть дамбами наткнулись на такой яростный отпор, что они вынуждены были поспешно отступить. Тысячные отряды воинов защищали подходы к столице и с суши, и с озера. Стрельба по пирогам была малоэффективной, так как вдоль бортов своих суденышек индейцы укрепили толстые щиты.
Первый серьезный бой на воде подтвердил исключительное значение флотилии для овладения Теночтитланом. Теперь войска, боровшиеся за дамбы, имели надежную защиту. Кроме того, флотилия позволяла полностью блокировать густонаселенный город, нуждавшийся в регулярном подвозе продовольствия и питьевой воды. Перехват жизненно важных для населения грузов стал второй задачей, которую Кортес возложил на своих моряков. Далее неожиданно для ацтеков Кортес напал на Холок – важный узел на пересечении двух магистралей, расположенный у самых стен столицы. Испанцы засели в крепости, установили пушки. Хотя защитники города предприняли несколько отчаянных атак, им не удалось изгнать конкистадоров из захваченных укреплений. Затянувшаяся борьба истощала силы испанцев и их союзников. Завоеватели были вымотаны, так как, помимо боевых действий, страдали от непривычного климата – продолжался сезон дождей.