Ο πόλεμος έληξε με ένα ιδιαίτερο τέχνασμα. Ο Οδυσσέας επινόησε την κατασκευή ενός μεγάλου σε μέγεθος ομοιώματος ξύλινου κούφιου αλόγου, του Δούρειου Ίππου. Το άλογο ήταν ζώο ιερό για τους Τρώες και πιστευόταν ότι θα το μετακινούσαν, ως φυλακτό, στο εσωτερικό της πόλης τους, αφού είχαν προετοιμαστεί όλες οι συνθήκες που θα έδιναν την εντύπωση ότι οι Έλληνες έφυγαν οριστικά. Το κατασκεύασε ο μηχανικός Επειός, με την καθοδήγηση της Αθηνάς και στο εξωτερικό του έφερε την επιγραφή:

«Αφιερωμένο στην Αθηνά από τους Έλληνες, για την επιστροφή τους στην πατρίδα».

Στον Δούρειο Ίππο εισχώρησε ομάδα Αχαιών με επικεφαλής τον Οδυσσέα, ενώ ο υπόλοιπος στρατός έκαψε το στρατόπεδο προκειμένου να πιστέψουν οι Τρώες ότι η αποχώρησή τους είναι οριστική, και έπλευσαν για την Τένεδο.

Το επόμενο πρωί, οι Τρώες ανακαλύπτουν ότι το αντίπαλο στρατόπεδο είχε εγκαταλειφθεί. Μέσα στον ενθουσιασμό τους πίστεψαν ότι ο δεκαετής πόλεμος έχει λήξει και θεώρησαν ότι πρέπει να μετακινήσουν τον Δούρειο Ίππο στον εσωτερικό της πόλης. Ορισμένοι μεμονωμένοι Τρώες θεώρησαν ότι είναι καταραμένο και πρέπει να το ρίξουν στον γκρεμό ή να το κάψουν. Η κόρη του Πρίαμου Κασσάνδρα και ο ιερέας του Ποσειδώνα Λαοκόων προειδοποίησαν ότι μόνο συμφορά θα φέρει στην πόλη. Αλλά η Κασσάνδρα ενώ είχε την διόραση, από τον Απόλλωνα να μπορεί να προβλέπει γεγονότα, είχε και την κατάρα του, επειδή αθέτησε την υπόσχεσή της να του δοθεί, να μην καταφέρνει να πείθει κανέναν. Στον δε Λαοκόοντα και στους δυο γιους του επιτέθηκαν τεράστια θαλάσσια φίδια τα οποία τους έπνιξαν στην θάλασσα. Ο Αινείας και οι οπαδοί του πιστεύοντας αυτές τις προβλέψεις αποτραβήχτηκαν στο όρος Ίδη. Οι Τρώες τελικά γεμάτοι ενθουσιασμό αποφάσισαν να μεταφέρουν εντός των τειχών τον Δούρειο Ίππο. Μάλιστα επειδή ήταν αρκετά μεγάλο κατασκεύασμα, αναγκάστηκαν να γκρεμίσουν και τμήμα από την κεντρική πύλη της πόλης, τις «Σκαιές Πύλες». Αμέσως μετά ξεχύθηκαν στους δρόμους της πόλης για να γιορτάσουν την επιτυχή έκβαση του πολέμου. Κατά τα μεσάνυχτα όπου ήταν και πανσέληνος ο Σίνων, Αχαιός κατάσκοπος, έκανε σήμα στον Αχαϊκό στόλο στην Τένεδο για να προσεγγίσει, την ίδια στιγμή οι στρατιώτες που βρίσκονταν στον Δούρειο Ίππο βγήκαν και σκότωσαν τους φύλακες.

Οι Έλληνες μπήκαν στην πόλη και σκότωναν τον πληθυσμό της καθώς κοιμόταν στα σπίτια του. Η σφαγή συνεχίστηκε και την επόμενη μέρα. Όσοι Τρώες πρόλαβαν, πολέμησαν απεγνωσμένοι με ιδιαίτερο πείσμα, παρόλο που βρέθηκαν αιφνιδιασμένοι, ανοργάνωτοι και χωρίς κάποιον ηγέτη να τους καθοδηγήσει. Κάποιοι υπερασπιστές πετούσαν κομμάτια των οροφών των σπιτιών στους κατεστραμμένους δρόμους της πόλεως για να εμποδίσουν τους εισβολείς. Τελικά, οι τελευταίοι αμυνόμενοι χάθηκαν μέσα στην λαίλαπα της καταστροφής και των σφαγών.

Ο Νεοπτόλεμος σκότωσε τον Πρίαμο που είχε καταφύγει ικέτης στο ναό του Δία. Ο Μενέλαος σκότωσε τον Δηίφοβο, τον σύζυγο της Ελένης και κινήθηκε να σκοτώσει και την Ελένη αλλά μόλις αντίκρισε την ομορφιά της χαμήλωσε το ξίφος του και τις συγχώρεσε την απιστία.

Ο Αίας ο Λοκρός, βίασε την Κασσάνδρα στον ναό της Αθηνάς. Εξαιτίας αυτής της ύβρεως αποφασίστηκε από τους Αχαιούς, με προτροπή του Οδυσσέα, να τον λιθοβολήσουν μέχρι θανάτου, αλλά κατέφυγε στο ιερό της Αθηνάς και σώθηκε.

Ο Αντήνορας, που είχε φιλοξενήσει τον Μενέλαο και τον Οδυσσέα, όταν είχαν σταλεί πρεσβεία για να ζητήσουν την Ελένη, δεν πειράχτηκε ούτε ο ίδιος ούτε η οικογένειά του. Ο Τρώας Αινείας μαζί πήρε τον ανήμπορο πατέρα του στην πλάτη και διέφυγε. Σύμφωνα με τον Απολλόδωρο, του επετράπη να φύγει λόγω του ηθικού χαρακτήρα του.

Οι Έλληνες ισοπέδωσαν την πόλη και διαμοίρασαν την λεία. Η Κασσάνδρα δόθηκε στον Αγαμέμνονα, η Ανδρομάχη στον Νεοπτόλεμο και η Εκάβη στον Οδυσσέα.

Οι Έλληνες πέταξαν τον Αστυάνακτα, το βρέφος παιδί του Έκτορα από τα τείχη της πόλης, με σκοπό να αποτρέψουν πιθανή εκδίκηση του όταν θα ενηλικιωνόταν. Επίσης θυσίασαν την Πολυξένη στον τάφο του Αχιλλέα, όπως απαίτησαν οι χρησμοί.

Η Αίθρα, μητέρα του Θησέα που είχε έρθει στην Τροία μαζί με την Ελένη, ηλικιωμένη πια, σώθηκε από τους εγγονούς της, Δημοφώντα και Ακάμαντα.