隨著幻庵館、王城山城等地皆控制住局面之後，景定便下令聯軍各部準備對小田原城進行最後的強攻。
北條氏康在獲知夜襲聯軍本陣失利，甚至還折損了重臣多目元忠後，在憂懼之下病逝。
北條氏政這時才想與上杉家進行停戰議和，以保全家名的存續。
然而，把持著上杉家大權的景定，因自己筆頭家老八條春綱的陣亡, 拒絕與北條家進行停戰議和，直接將北條家派來的幾批使者全部斬首示眾。
與此同時，先前作為間者的山內俊勝趁著小田原城守軍急劇減少之際，從城內翻牆逃出。之後，在中條藤資派人護送下抵達聯軍本陣高麗寺山。
山內俊勝立即將城內的情況一五一十的告知上杉政虎與八條景定，隨後上杉政虎和八條景定認為事不宜遲, 便下令各部將先前在足柄城之戰討取的今川、武田聯軍的首級，以及北條家派來夜襲被討取的北條軍首級帶到小田原城外展示。
守衛小田原城總構的北條軍看到這些觸目驚心的大量首級後，士氣瞬間跌落谷底。
天文十一年, 十一月三日，聯軍正式對小田原城展開攻擊。
見聯軍發起進攻後，北條氏政在驚慌之下，急忙派遣夜襲失敗逃回的重臣大道寺周勝和荒川豐前守二人前去組織總構的守軍進行抵禦。
儘管到了最後關頭，大道寺周勝和荒川豐前守二人率兩千餘城兵於總構竭力抵禦聯軍的攻擊。可北條軍，兵力寡少，傷亡慘重，死屍相枕，一片狼藉。
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而聯軍這邊的有力武將太田資正、柿崎景家、中條藤資、色部勝長、加地春綱、安田長秀等人雖然身中流矢，但仍然血戰不已。
甚至越後上杉家家宰八條景定都不畏槍林彈雨，親臨一線督戰，更是振奮了聯軍的士氣。
從早晨一直戰至近午時，浴血奮戰的只剩下百餘城兵，其中荒川豐前守身被數創仍力戰不息。最終, 北條軍因寡不敵眾, 以及北條氏政沒有及時發兵支援後, 導致全軍覆沒。
在大道寺周勝和荒川豐前守二人也先後被討取後，小田原城外圍的總構也被聯軍完全突破。
城內的上萬名領民見總構被聯軍完全突破之後, 皆士氣不揚、抱戈不戰，完全沒有任何抵抗的心思，大量向聯軍投降。
特別是北條家的鐵炮眾吉田新左衛門，直接帶著百餘名手持鐵炮的足輕不戰而降。
就這樣，聯軍異常順利的直抵小田原城三之丸的大手門外。
先前柿崎景家、中條藤資、色部勝長等部就連夜趕工製造了一批雲梯，其中柿崎景家之子柿崎佑家在攀上雲梯後就帶著幾名驍勇善戰的武士開啟了三之丸的大手門，放大量上杉軍魚貫而入。
十一月五日，深夜。
不願成為上杉政虎、八條景定、上杉憲政等人俎上魚肉的北條氏政在本丸天守閣上點燃了事先準備好的大量柴草，攜妻子黃梅院和一門親族自焚而亡。
直到第二天聯軍才在一片廢墟之中找到北條氏康和北條氏政那已經完全燒焦的屍體，並且斬下他的首級。
而大量北條家家臣如石巻家貞（御馬廻眾筆頭、筆頭奉行）、多目左近（多目元忠之子）、大谷帶刀（二十將眾）、橫井神助（射殺足利義明）等人紛紛於本丸、二之丸等地或是切腹自盡、或是與聯軍交戰寡不敵眾被討取。
先前今川義元和武田晴信所派遣的一千五百餘援軍在北條氏政舉族自焚後只好順勢向聯軍投降。
只不過，今川·武田聯軍並沒有因主動投降而保全生命。被極為憤怒的景定下令一個不留，全部斬首，並且將他們的首級於相模駿河國境附近築起京觀，以此來震懾今川義元和武田晴信。
遙想當年，北條氏康也曾意氣風發，於河越城大破近十萬的兩上杉、古河公方家聯軍，從而一度制霸關東八國。可惜一步錯，而步步錯，最後北條家竟然得到了如此下場。
小田原城，自從伊勢早雲於明應四年奪取之後, 這座城池被北條家經營了半個多世紀。直到被聯軍攻落之前，還沒有被武力攻落過一次。
隨著小田原城被聯軍攻落，固守在下總的本佐倉城城主千葉親胤、臼井城城主原胤貞等人透過加入聯軍一方的小金城城主高城胤吉、東金城城主酒井胤敏等人向上杉政虎、八條景定投降。
而據守在玉繩城的北條氏繁則是也學著北條氏政那樣，於本丸攜一門親族自焚而亡。
留守在三崎城的北條家船大將間宮康俊得知主君北條氏政與一門親族之人自焚而亡後，便放棄了抵抗，與海賊眾山本太郎左衛門尉、富永山隨等人主動開城向聯軍投降，並且獻上小早二十艘、關船十艘、千石船三艘。
至此，歷經四代的後北條家，存續了近百年宣告滅亡。越後上杉家得上野、武藏、相模、下總、伊豆五國之地，同時也將關東八國最大的割據勢力北條家徹底滅亡。
而景定在攻滅北條家之後無心參加任何宴席，因為在此次關東征伐，他失去了筆頭家老八條春綱。八條春綱既是他年幼時期的輔政大臣，又是輩分上的族叔。
之後，景定便安排松木秀朝、廣居忠家等譜代家臣大肆翻修位於武藏八條鄉的八條神社，並將八條春綱的遺體安葬在此處。
由於進入深秋，大雨更是連續數十天不止，聯軍兵馬眾多，糧草的運輸出現了困難，軍中開始缺糧。這就導致聯軍無法在攻滅北條家後進一步擴大戰果，景定也只好建議政虎就此收兵而返，趁著尚未進入冬季撤回越後。
同時，聯軍各部的軍紀也開始渙散，紛紛開始不遵禁制，劫掠當地的領民，以至於相模諸郡中的領民們都只能穿著紙糊的衣服。
雖說上杉政虎與八條景定沒能在攻滅北條家之後，一舉攻入駿河或者甲斐，但是順利奪取了關東西部的舊山內上杉家和扇谷上杉家的領國。
於是，上杉政虎便示意由上杉憲政、足利藤氏、梁田晴助等人出面，表奏幕府，由八條景定這個血脈與扇谷上杉家相近的八條上杉家家督來擔任武藏、相模、伊豆、下總四國的守護職。