沈庆之率领部众攻城，身先士卒，亲自冒着箭石，乙巳（疑为九月六日），攻克广陵外城；乘胜进军，又攻克内城。刘诞听说官军入城，逃向后面的花园，队主沈胤之等人追上他，击伤刘诞，刘诞掉入水中，被拉出来后斩杀。刘诞的母亲、妻子都自杀了（刘诞的母亲是文帝的殷修华，妻子是徐妃）。
孝武帝听说广陵平定，走出宣阳门，命令左右的人都呼喊万岁。侍中蔡兴宗陪同在车旁，孝武帝回头说：“你为什么偏偏不呼喊？”蔡兴宗严肃地说：“陛下今天正应该流泪诛杀叛贼，怎么能都称万岁呢！”（说兄弟相残，是天理人伦的变故；如果一定要以义灭亲，应该流泪诛杀。）孝武帝不高兴。
下诏把刘诞的姓改为留氏；广陵城里的士人百姓，无论老少全部命令杀死。沈庆之请求保全五尺以下的人，其余的男子都处死，女子作为军中的赏赐；即便这样还是杀了三千多人。长水校尉宗越负责执行处决，都先挖肠挖眼，或者抽打脸面鞭打腹部，用苦酒（大概是醋之类）浇灌伤口，然后才斩杀，宗越面对这些，还得意洋洋好像有所收获。（史臣司马光说这是在说宗越的残忍。）孝武帝把死者的头颅聚集在石头城（今江苏南京清凉山）南岸筑成京观（沈庆之大概把头颅全都献上，所以聚集在石头南岸。（胡三省注：京观，《左传·宣公十二年》记载“收集晋国士兵的尸体筑成京观”，杜预注释：“把尸体堆积起来在上面封土，叫做京观。”）），侍中沈怀文劝谏，孝武帝不听。（史臣司马光说当时身边的侍从都是正派人，只是劝谏不被采纳、意见不被听从罢了。）
起初，刘诞自己知道将要失败，派黄门吕昙济和身边平时信任的人带着世子刘景粹藏在民间，对他们说：“事情如果不成功，想办法保全他逃脱；如果不能逃脱，就把他深深埋葬。”分别给他们金银珠宝带着。他们出了城门后，就四散逃跑；只有吕昙济不离开，背着抱着刘景粹过了十几天，被抓住后，和刘景粹一起被斩杀。
临川内史羊璿因为和刘诞一向友好，被关进监狱处死。
提升梁旷为后将军，追赠刘琨之为给事黄门侍郎。
蔡兴宗奉诏令慰问广陵。蔡兴宗和范义一向友好，收殓范义的尸体，送丧回豫章（今江西南昌，范义大概寄居在豫章）。孝武帝对他说：“你怎么敢故意触犯王法？”蔡兴宗抗争回答说：“陛下自己杀叛贼，我自己埋葬老朋友，有什么不可以的！”孝武帝面带惭愧之色。（兄弟、朋友，都是天然的伦理关系。蔡兴宗能不忘记老朋友，而孝武帝却忍心屠杀兄弟，所以惭愧。）
宗越治理军队严厉，善于布置营阵。每当几万人驻扎，宗越自己骑马走在前面，让士兵跟在后面，马停下来营阵就布置好了，从未有过参差不齐的情况。
11辛未（疑为九月二十三日），大赦天下（广陵已经平定，所以大赦）。
12丙子（疑为九月二十八日），任命丹阳尹刘秀之为尚书右仆射。
13丙戌（疑为十月九日），任命南兖州刺史沈庆之为司空，刺史职位不变。
14八月，庚戌（疑为八月三日），北魏国主前往云中（今内蒙古托克托东北）；壬戌（十五日），返回平城（今山西大同）。
15九月，壬辰（十六日），在玄武湖（今江苏南京玄武湖）北边修筑上林苑。（文帝元嘉二十二年，在乐游苑北边修筑北堤，设立玄武湖。）
16起初，晋人在巳位修建南郊坛，尚书右丞徐爰认为不合礼仪，下诏把南郊坛迁到牛头山西边（牛头山在现在建康府上元县南四十里，两座山峰像门阙），正对着宫城的午位。等到废帝即位，认为原来的地方吉利，又迁回原来的位置。（史臣司马光最终说这件事。）孝武帝又命令尚书左丞荀万秋制造五路车（五种帝王专用车），依照金根车的样式，加上羽毛装饰的车盖。（五路车的制度和金根车不同，加上羽毛装饰的车盖，更不符合古代制度。沈约说：秦朝考察三代的车制，只采用殷朝的制度。古代叫桑根车，秦朝叫金根车。）
四年（庚子，460年）
1春季，正月，甲子朔（初一），北魏大赦天下，改年号为和平。
2乙亥（十二日），孝武帝亲自耕种籍田（古代帝王亲自耕种的田，以示重视农业），大赦天下。
3己卯（十六日），下诏祭祀天地宗庙，开始乘坐玉路车（帝王专用的玉饰车驾）。
4庚寅（二十七日），立皇子刘子勋为晋安王，刘子房为寻阳王，刘子顼为历阳王，刘子鸾为襄阳王。
5北魏散骑侍郎冯阐前来访问。
6二月，北魏卫将军乐安王拓跋良讨伐黄河以西的反叛胡人。（从下文反叛胡人到长安认罪来看，这里的河西大概指从龙门向东到华阴的黄河西岸。）