В октябре 1097 г. главные силы крестоносцев вышли к долине реки Оронт и начали осаду Антиохии, которая продолжалась с 20 октября 1097 г. по 3 июня 1098 г. Основной проблемой осаждавших была нехватка продовольствия, частично решавшаяся за счёт поставок из Киликии и Эдессы, а также через порты Селевкии и Лаодикии, которые находились под контролем крестоносцев. Политическая ситуация в Сирии характеризовалась противостоянием сельджукских правителей Дамаска и Алеппо (Халеба), что привело к фактической изоляции эмира Антиохии Яги-Сиана во время осады. Слабые попытки сирийских правителей оказать ему помощь были отражены крестоносцами. 31 декабря 1097 г. выдвинувшиеся к Антиохии войска дамасского эмира Дукака были разбиты отрядами Боэмунда Тарентского и Роберта Фландрского, совершавшими вылазку за провиантом. 9 февраля 1098 г. объединённая армия под командованием Боэмунда отбила атаку на лагерь крестоносцев, предпринятую Ридваном, эмиром Алеппо, и надолго пресекла попытки правителей окрестных территорий оказать поддержку Антиохии. Ситуация кардинально изменилась в мае 1098 г., когда на помощь Яги-Сиану выдвинулась большая армия сельджуков под командованием атабека Мосула Кербоги. Крестоносцам пришлось форсировать осаду. В ночь на 3 июня в результате измены контролировавшего западные ворота города армянина Фируза Антиохия пала. Уже на следующий день её осадили войска Кербоги, однако обретение провансальцем Петром Варфоломеем реликвии, которую, несмотря на скептическое отношение епископа Адемара, сочли святым копьём, воодушевило крестоносцев. Реликвия была вынесена к войску во время решающего сражения с Кербогой 28 июня 1098 г., закончившегося бегством сельджуков. Серьёзной проблемой после победы крестоносцев над тюрками стал вопрос о судьбе Антиохии. Претензии Боэмунда Тарентского на владение городом по праву завоевания оспаривал Раймунд Тулузский, который требовал передать Антиохию императору Алексею I Комнину, в соответствии с принесённой в Константинополе клятвой. Ситуация осложнялась тем, что византийский император получил от графа Стефана Блуаского ложную информацию о полном провале похода и временно отказался от поддержки крестоносцев (позднее граф Стефан принял участие в походе 1101 г.). 1 августа 1098 г. скоропостижно скончался от чумы епископ Адемар, что усугубило конфликт. По условиям с трудом достигнутого компромисса между Раймундом и Боэмундом, Антиохия должна была достаться Боэмунду только в том случае, если он продолжит путь к Иерусалиму вместе с другими крестоносцами. Однако Боэмунд остался в Антиохии и основал там Антиохийское княжество. Граф Раймунд Тулузский, покинув Антиохию 13 января 1099 г. вместе с Робертом Нормандским и Танкредом, в феврале осадил город Арка (близ современной деревни Миньяра, Ливан). Позднее к ним присоединились войска Готфрида Бульонского и Роберта Фландрского. Весной 1099 г. к руководителям крестоносной армии прибыло посольство из Египта с сообщением о завоевании Иерусалима Фатимидами.