Экспедиция провела ночь в местечке Анонай, ведя тщательное наблюдение, чтобы не подвергнуться неожиданному нападению. На следующий день, в пятницу 20 июня, они прошли 9 миль до равнины Панти-Пампа, и перед их глазами предстал форт Уайна-Пукара. День ушел на разведку и в спорах относительно нападения, «которое, как ожидалось, будет опасным». Пума Инка объяснил, как именно можно охватить форт с флангов. Этот план показался недостаточно хорошим для возбужденных и любящих поговорить испанцев. «Среди военачальников и горожан было столько разных мнений, что дело чуть не дошло до рукоприкладства. Ведь все они или большая их часть были важными избранными людьми, состоятельными и могущественными, владеющими немалой собственностью и богатством, к тому же никто им денег за службу не платил, а делали они это за свой счет». Наконец, пришел сам Уртадо де Арбьето и успокоил своих взвинченных офицеров.

Генерал Арбьето так описывал Толедо диспозицию: «На три четверти лиги [3 мили] перед фортом инки укрепили несколько узких ущелий множеством каменных глыб и построили сам форт на узком, похожем на нож гребне горы в дальнем его конце. [Он состоял] из стены длиной 200 ярдов и шириной 2 ярда, имеющей амбразуры, чтобы защищаться от огня аркебуз, и четыре небольшие башни». По словам Муруа, стена форта была построена из «булыжников и глины, и она была очень толстой; в ней были наготове кучи камней для метания руками или при помощи пращей». Арбьето писал, что «на расстоянии аркебузного выстрела перед фортом индейцы вкопали много пальмовых кольев, пропитанных соком [ядовитых] трав, оставив единственный узкий проход, через который в форт мог войти только один человек за раз». Но главное средство обороны инков находилось на подступах к форту, «где дорога, по которой должны были пройти [испанцы], делала изгиб и была очень узкой; над ней нависали огромные скалы, подступали джунгли, а глубокая бурная река неслась рядом. Самой опасной и пугающей была необходимость пройти по этой дороге и драться с врагом, находящимся выше, на крутом откосе, тянущемся над этим [длинным] отрезком пути… Вдоль всего этого гребня было множество куч камней, а над ними и за ними стояли огромные скалы и были рычаги, чтобы сталкивать камни вниз». Всех испанцев, которые уцелели бы под этой смертельной лавиной, перестреляли бы 500 лучников из лесного племени чунчо, которые, как сообщил предатель Пума Инка, были расставлены за рекой. Индейцы явно надеялись повторить успехи, достигнутые армией Манко во время первого восстания, и те, которые были почти достигнуты Инкой Манко в противодействии экспедиции Гонсало Писарро. Но они подготавливали место засады слишком тщательно, она была слишком явной, да и точное ее местонахождение было выдано врагу Пумой Инкой.

Генерал Уртадо де Арбьето решил, что кучи камней необходимо захватить до того, как его армия отважится пройти вдоль подножия этого склона. Он приказал Хуану Альваресу Мальдонадо и Мартину Гарсии де Лойола попытаться вскарабкаться наверх через густые заросли. Они отобрали испанских солдат и 50 аркебузьеров, которых защищали 25 человек со щитами, а также 50 индейцев из племени каньяри и других союзных племен. По словам Гарсии де Лойолы, они также взяли с собой одно артиллерийское орудие и «стали пробираться через джунгли в таком месте, где, казалось, сделать это было невозможно». Они вышли затемно, в шесть часов утра в субботу 21 июня, и начали взбираться вверх по горе через густой темный подлесок, окунувшись в мир искривленных деревьев, мхов и ползучих растений, гниющих пней, опавших листьев и густой молодой поросли колючих кустарников. Видимость в этих покрытых лесом горах составляла всего несколько футов, а индейцы не вели должное наблюдение за лагерем испанцев. Таким образом, появление испанцев было абсолютно неожиданным. Они достигли вершины вскоре после полудня и «появились перед противником, который находился ниже в полном боевом порядке в соответствии со своими методами ведения боевых действий».

Вместо того чтобы предпринять новое нападение, направленное уже на испанцев на вершине горы, у которых было огнестрельное оружие, индейцы «постепенно отступили в форт Уайна-Пукара, оставив камни и валуны, которые они приготовили, чтобы уничтожить испанцев». Аркебузьеры произвели выстрелы из своего оружия на вершине холма, сигнализируя о достигнутом успехе. Тогда Уртадо де Арбьето с основной частью своей армии прошел по дороге ниже ряда оставленных индейцами каменных куч. Это зрелище деморализовало индейцев, численность которых была меньше. Испанцы «закричали „Сантьяго!“ и напали на форт. После хорошего оружейного залпа он был взят. Индейцы защищали его некоторое время с воодушевлением и храбростью», но, «когда начался артиллерийский обстрел, командующий Колья Топа и военачальники Каспина и Сутик, видя, что они потеряли свои высоты, покинули форт. Тупак Амару и сын Титу Куси Дон Фелипе Киспе Титу отправились из форта в Вилькабамбу еще накануне, сказав, что они будут ожидать христиан там.

На следующий день разведывательный отряд из 13 отобранных солдат вместе с вождем племени каньяри Франсиско Чильче отправился вперед ко второму форту инков Мачу-Пукара, где «Инка Манко нанес поражение Гонсало Писарро».

Когда прибыл основной отряд, индейцы внезапно атаковали, громко крича. Это вызвало смятение среди богатых штатских лиц, входивших в состав оккупационной экспедиции. Аркебузьеры пытались зажечь свои фитили. «В суматохе на слуге Дона Херонимо де Фигероа, племянника вице-короля Франсиско де Толедо, загорелась стеганая защитная одежда. Если бы он не прыгнул в протекавшую рядом реку, он наверняка бы зажарился». Но эта атака кончилась ничем. К своему удивлению, испанцы обнаружили, что форт Мачу-Пукара пуст. Уртадо де Арбьето писал чуть ли не с разочарованием, что, «по словам некоторых индейцев, если они потеряют Уайна-Пукара, первый форт, они не осмелятся ожидать испанцев во втором форте. Но тем не менее мы полагали, что найдем их там, так как его оборонительные сооружения очень крепки, или они потерпят неудачу в старом форте Вилькабамбы».

Отряд провел ночь в Марканае, том самом месте, где был предан мученической смерти Диего Ортис, всего в нескольких милях от самой скрытой от глаз Вилькабамбы. Люди были рады, обнаружив запасы кукурузы и тропических плодов, таких, как «бананы, юкка и гуава», которые они с жадностью поедали, «так как были голодны, а продовольствия не хватало». Они почти достигли своей цели, последнего свободного города инков.

«На следующее утро, в день праздника Иоанна Крестителя во вторник 24 июня 1572 года, генерал Мартин Уртадо де Арбьето приказал всему отряду построиться по подразделениям во главе с командирами; это касалось и индейцев-союзников, во главе которых стояли их полководцы Дон Франсиско Чильче и Дон Франсиско Кайо Топа… Они выступили, взяв артиллерию, и в десять часов уже вошли в город Вилькабамбу. Все шли пешком, так как это самая дикая и труднодоступная местность, никоим образом не подходящая для лошадей». Педро Сармьенто де Гамбоа, как секретарь экспедиции, установил королевский штандарт на главной площади столицы Инки Манко и совершил церемонию формального вступления во владение городом при семи свидетелях, в роли которых выступили испанские военачальники.

Уртадо де Арбьето докладывал, что его люди «нашли Вилькабамбу покинутой жителями; около четырехсот домов были целыми, а [индейские] святыни и места поклонения идолам оставались в том же виде, в каком они были до захвата города. Мы обнаружили, что дома Инков были сожжены». Мартин де Муруа подтвердил это: «Мы увидели, что весь город целиком был разграблен, да так, что, если бы это сделали испанцы или [их] индейцы, это не могло бы быть хуже. Все мужчины и женщины убежали и спрятались в джунглях, взяв с собой все, что только смогли. Они сожгли оставшуюся в складах кукурузу и продовольствие, так что, когда отряд прибыл сюда, склады еще дымились. Храм Солнца, в котором находился их главный идол, был сожжен. [Индейцы] поступили точно так же, как тогда, когда в город вошли Гонсало Писарро и Вильякастин, а недостаток продовольствия вынудил [экспедицию Писарро] возвратиться и оставить этот край во власти [индейцев]. В этом случае [индейцы] ожидали, что, когда испанцы не обнаружат ни пищи, ни чего-нибудь, на чем можно прожить, они повернут назад и покинут их землю, а не останутся, чтобы поселиться здесь».