随着幻庵馆、王城山城等地皆控制住局面之后，景定便下令联军各部准备对小田原城进行最后的强攻。
北条氏康在获知夜袭联军本阵失利，甚至还折损了重臣多目元忠后，在忧惧之下病逝。
北条氏政这时才想与上杉家进行停战议和，以保全家名的存续。
然而，把持着上杉家大权的景定，因自己笔头家老八条春纲的阵亡,拒绝与北条家进行停战议和，直接将北条家派来的几批使者全部斩首示众。
与此同时，先前作为间者的山内俊胜趁着小田原城守军急剧减少之际，从城内翻墙逃出。之后，在中条藤资派人护送下抵达联军本阵高丽寺山。
山内俊胜立即将城内的情况一五一十的告知上杉政虎与八条景定，随后上杉政虎和八条景定认为事不宜迟,便下令各部将先前在足柄城之战讨取的今川、武田联军的首级，以及北条家派来夜袭被讨取的北条军首级带到小田原城外展示。
守卫小田原城总构的北条军看到这些触目惊心的大量首级后，士气瞬间跌落谷底。
天文十一年,十一月三日，联军正式对小田原城展开攻击。
见联军发起进攻后，北条氏政在惊慌之下，急忙派遣夜袭失败逃回的重臣大道寺周胜和荒川丰前守二人前去组织总构的守军进行抵御。
尽管到了最后关头，大道寺周胜和荒川丰前守二人率两千余城兵于总构竭力抵御联军的攻击。可北条军，兵力寡少，伤亡惨重，死尸相枕，一片狼藉。
而联军这边的有力武将太田资正、柿崎景家、中条藤资、色部胜长、加地春纲、安田长秀等人虽然身中流矢，但仍然血战不已。
甚至越后上杉家家宰八条景定都不畏枪林弹雨，亲临一线督战，更是振奋了联军的士气。
从早晨一直战至近午时，浴血奋战的只剩下百余城兵，其中荒川丰前守身被数创仍力战不息。最终,北条军因寡不敌众,以及北条氏政没有及时发兵支援后,导致全军覆没。
在大道寺周胜和荒川丰前守二人也先后被讨取后，小田原城外围的总构也被联军完全突破。
城内的上万名领民见总构被联军完全突破之后,皆士气不扬、抱戈不战，完全没有任何抵抗的心思，大量向联军投降。
特别是北条家的铁炮众吉田新左卫门，直接带着百余名手持铁炮的足轻不战而降。
就这样，联军异常顺利的直抵小田原城三之丸的大手门外。
先前柿崎景家、中条藤资、色部胜长等部就连夜赶工制造了一批云梯，其中柿崎景家之子柿崎佑家在攀上云梯后就带着几名骁勇善战的武士打开了三之丸的大手门，放大量上杉军鱼贯而入。
十一月五日，深夜。
不愿成为上杉政虎、八条景定、上杉宪政等人俎上鱼肉的北条氏政在本丸天守阁上点燃了事先准备好的大量柴草，携妻子黄梅院和一门亲族自焚而亡。
直到第二天联军才在一片废墟之中找到北条氏康和北条氏政那已经完全烧焦的尸体，并且斩下他的首级。
而大量北条家家臣如石巻家贞（御马廻众笔头、笔头奉行）、多目左近（多目元忠之子）、大谷带刀（二十将众）、横井神助（射杀足利义明）等人纷纷于本丸、二之丸等地或是切腹自尽、或是与联军交战寡不敌众被讨取。
先前今川义元和武田晴信所派遣的一千五百余援军在北条氏政举族自焚后只好顺势向联军投降。
只不过，今川·武田联军并没有因主动投降而保全生命。被极为愤怒的景定下令一个不留，全部斩首，并且将他们的首级于相模骏河国境附近筑起京观，以此来震慑今川义元和武田晴信。
遥想当年，北条氏康也曾意气风发，于河越城大破近十万的两上杉、古河公方家联军，从而一度制霸关东八国。可惜一步错，而步步错，最后北条家竟然得到了如此下场。
小田原城，自从伊势早云于明应四年夺取之后,这座城池被北条家经营了半个多世纪。直到被联军攻落之前，还没有被武力攻落过一次。
随着小田原城被联军攻落，固守在下总的本佐仓城城主千叶亲胤、臼井城城主原胤贞等人通过加入联军一方的小金城城主高城胤吉、东金城城主酒井胤敏等人向上杉政虎、八条景定投降。
而据守在玉绳城的北条氏繁则是也学着北条氏政那样，于本丸携一门亲族自焚而亡。
留守在三崎城的北条家船大将间宫康俊得知主君北条氏政与一门亲族之人自焚而亡后，便放弃了抵抗，与海贼众山本太郎左卫门尉、富永山随等人主动开城向联军投降，并且献上小早二十艘、关船十艘、千石船三艘。
至此，历经四代的后北条家，存续了近百年宣告灭亡。越后上杉家得上野、武藏、相模、下总、伊豆五国之地，同时也将关东八国最大的割据势力北条家彻底灭亡。
而景定在攻灭北条家之后无心参加任何宴席，因为在此次关东征伐，他失去了笔头家老八条春纲。八条春纲既是他年幼时期的辅政大臣，又是辈分上的族叔。
之后，景定便安排松木秀朝、广居忠家等谱代家臣大肆翻修位于武藏八条乡的八条神社，并将八条春纲的遗体安葬在此处。
由于进入深秋，大雨更是连续数十天不止，联军兵马众多，粮草的运输出现了困难，军中开始缺粮。这就导致联军无法在攻灭北条家后进一步扩大战果，景定也只好建议政虎就此收兵而返，趁着尚未进入冬季撤回越后。
同时，联军各部的军纪也开始涣散，纷纷开始不遵禁制，劫掠当地的领民，以至于相模诸郡中的领民们都只能穿着纸糊的衣服。
虽说上杉政虎与八条景定没能在攻灭北条家之后，一举攻入骏河或者甲斐，但是顺利夺取了关东西部的旧山内上杉家和扇谷上杉家的领国。
于是，上杉政虎便示意由上杉宪政、足利藤氏、梁田晴助等人出面，表奏幕府，由八条景定这个血脉与扇谷上杉家相近的八条上杉家家督来担任武藏、相模、伊豆、下总四国的守护职。