Serangan ketiga di gerbang utama berhasil, meskipun Juan terluka parah dalam aksi tersebut, dan saudaranya Gonzalo mengambil alih komando. Kedua belah pihak sekarang fokus di Sacsayhuamán, masing-masing komandan memperkuat pasukannya di sana.
Hernando Pizarro mengambil alih serangan itu dan, dengan menggunakan tangga di malam hari, berhasil memanjat tembok benteng. Ia memaksa suku Inca mundur ke bagian dengan tiga menara.
Akhirnya, suku Inca kehabisan amunisi batu untuk dilontarkan. Mereka pun tersingkir, banyak yang lebih memilih untuk melompat mati dari tembok tinggi daripada dibantai oleh pedang penjajah Spanyol.
Pasukan Kekaisaran Inca yang mengepung sebagian besar terdiri dari para petani yang dipaksa untuk menjalani wajib militer. Mereka tidak dapat meninggalkan hasil panen mereka tanpa membuat komunitas mereka kelaparan.
Pada bulan Agustus, pengepungan harus dihentikan. Sisa-sisa tentara Kekaisaran Inca dipindahkan kembali ke Ollantaytambo (Ullantaytampu) sekitar 72 km ke arah barat laut.
Manco Inca memerintahkan agar karung besar ditinggalkan di Cuzco di mana orang Spanyol dapat menemukannya. Para penjajah Spanyol menemukan hadiah mereka, tetapi di dalamnya ada kepala rekan senegaranya yang dipenggal dan dibunuh oleh suku Inca.
Juga di dalam karung itu ada surat-surat dan secercah harapan, bala bantuan Spanyol sedang dalam perjalanan.
Francisco Pizarro memiliki pasukan bersenjata yang sekarang tersebar di seluruh Amerika Selatan, dan pilihannya terbatas.
Akan tetapi, ketika dia mendengar tentang pengepungan di Cuzco pada awal Mei 1536, dia mengirimkan dua pasukan bantuan. Satu dengan 60 kuda, yang lainnya dengan 80 kuda. .
Kedua pasukan tersebut dimusnahkan oleh tentara Kekaisaran Inca di bawah komando jenderal Inca Quizo Yupanqui, yang menyergap dan menjebak kedua pasukan di jurang.
Ketika Pizarro mendengar berita buruk itu, dia menulis surat kepada semua gubernur Dunia Baru dalam upaya putus asa untuk merekrut anggota baru ke Amerika Selatan.
Sekalipun seruannya ditanggapi dengan baik, dibutuhkan waktu beberapa bulan hingga bala bantuan tiba. Pizarro dan Cuzco harus berdiri sendiri melawan perlawanan sisa-sisa tentara Kekaisaran Inca.