گرفتن بابل کار بسیار مشکلی بود زیرا استحکام برج و باره‌های این شهر مشهور بود. با وجود این در بهار 539 پیش از میلاد، کوروش قصد تسخیر آن را نمود و از دجله عبور کرد. در بابل بعد از بخت النصر سه نفر پادشاهی کردند تا اینکه روحانی تاجری به نام نبونعید بر تخت نشست.

راجع به تسخیر بابل دو روایت موجود است: یکی از هرودوت و اسیران یهودی در بابل و دیگری مبنی بر اطلاعاتی که از کاوش‌های باستان‌شناسی در بابل و تحقیقات پیرامون آن بدست آمده‌است.

بنا بر روایت هردوت، تسخیر بابل این‌گونه بوده‌است که پادشاه بابل در نزدیکی آن شهر با لشکر ایران جنگ کرد و شکست خورد و با عده? زیادی از لشکر خود به داخل بابل پناه برد. گرفتن شهر با حمله محال بود و با محاصره هم خیلی طول می‌کشید زیرا بابلی‌ها در اراضی وسیعی که در درون شهر بابل بود، کشت و زرع می‌کردند و به اندازه? کافی آذوقه داشتند، بنابراین کوروش دستور دارد مسیر رودخانه? فرات را عوض کنند. پس مجرای قدیم خشک شد و لشکر کوروش از آن راه وارد بابل شد و به این ترتیب بدون جنگ بابل در سال 538 پیش از میلاد به تصرف لشکر کوروش درآمد.

اما برابر اسنادی که از کاوش‌های باستان‌شناسی بابل به دست آمده، تسخیر بابل به علت خیانت سرداران بابلی بوده‌است. نبونعید مجسمه رب النوع اور را به بابل آورده، پیروان بل مردوک رب النوع بابلی‌ها را از خود رنجاند. این‌ها با کوروش همدست شدند و او وقتی که رود دیاله (رود سیروان) و دجله نسبتاً کم آب بود، مسیر این دو رود را عوض کردند و از این طریق به داخل شهر وارد شدند.

بنا بر هر دو روایت کوروش در معبد بزرگ بابل بر طبق مراسم مذهبی بابلی‌ها تاجگذاری کرد و احترام زیادی به مذهب بابلی قائل بود.