На этот раз осада продолжалась семь месяцев. За это время Ираклий умер, и в Константинополе началась смута. Командующий византийской армией Феодор уехал из Египта в столицу, положение в стране стало зыбким. Измученные осадой жители Бабилона решили сдать сдаться при условии, что всех желающих беспрепятственно выпустят из города. 7 апреля 641 года, в день Пасхи, христианский гарнизон покинул город, предварительно выпустив из тюрем всех заключенных и отрубив руки тем, кто сидел в тюрьме за ересь.

Захватив Бабилон, Амр снова двинулся к Александрии. По дороге он взял город Никиу, гарнизон которой в панике разбежался при приближении арабов, не оказав сопротивления. Вернувшийся в Египет Феодор организовал оборону на подступах к Александрии, но после десяти дней упорных боев арабы подошли к столице Египта.

Однако взять Александрию им не удалось. Это был огромный город с населением в 150 тысяч человек, имевший мощные укрепления и сильный флот. Он стоял на берегу моря и его нельзя было осадить, а огромные стены и отсутствие осадных орудий у арабов делали невозможным прямой штурм. Гарнизон города был более многочисленным, чем армия осаждавших его мусульман (от 20 до 50 тысяч против 15 тысяч у арабов).

Амр отступил от Александрии, но как только арабы ушли, в городе начались волнения. Партия «синих» не могла поделить власть с партией «зеленых», монофизиты устраивали заговоры против вернувшегося из Константинополя Кира. Религиозные и внутриполитические волнения доходили до кровавых стычек. В этих условиях Кир решил устроить перемирие с арабами. Прибыв в Бабилон, он заключил с Амром договор, согласно которому византийцы выплачивали арабам контрибуцию и обязались не предпринимать военных действий в течении 11 месяцев. Однако этим условия договора не заканчивались. По окончании перемирия войска византийцев должны были добровольно покинуть Александрию и уплыть за море. Арабы взамен поклялись не ущемлять интересы христиан и не разрушать церкви, а также не трогать евреев. В знак серьезности своих намерений византийцы выдали арабам 200 заложников.

Фактически это была сдача Александрии, которую византийцы так долго и упорно обороняли, причем сдача без боя и каких-либо выгод для ромеев, кроме временного перемирия. О причинах этого договора много говорилось у историков, но они до сих пор остаются неясными. Говорили, например, что Кир вовсе не собирался выполнять договор и просто выигрывал время, или что сдачи города требовал сам император, считая, что армия больше понадобится ему в Константинополе. Так или иначе, переговоры проходили за спиной горожан, которые ничего о них не знали и были просто поставлены перед фактом.

В отличие от александрийцев, арабы потратили перемирие с пользой. За 11 месяцев они захватили почти весь восточный Египет и в назначенный день пришли к Александрии, чтобы войти в город. Кир к этому времени уже умер.

Аристократы и зажиточная часть населения бежали, бросив свои роскошные дома. Вместо них в мраморных дворцах, еще носивших на себе следы эллинской культуры, поселились солдаты-бедуины. Бывшие кочевники не дорожили своими жилищами: они проводили в одном доме несколько дней или недель и переходили в другие. Здание разрушались, исчезали в пожарах вместе с драгоценными фресками и изысканными статуями. Александрийская библиотека, по мнению большинства историков, тогда уже не существовала. Тем не менее, сохранилась легенда о том, как арабы распорядились с тем, что от нее осталось. Омар якобы заявил, что если в этих книгах содержится то же самое, что в Коране, то они не нужны, а если что-то другое, то они вредны. Арабы бросили старинные папирусы в воду, и волны Нила несколько дней текли чернилами.