Решительно настроенный не упустить шанс, в начале 1260 г. Михаил двинулся на Константинополь. Первая его попытка взять город провалилась. Его тайный агент, находившийся в столице, не смог открыть ворота, как то было условлено; равным образом оказался неэффективным другой план — нападение на Галату, расположенную на дальней стороне бухты Золотой Рог. Но в ту зиму Михаил одержал дипломатическую победу: 13 марта 1261 г. он подписал соглашение с Генуей. Согласно его условиям, в обмен на помощь в предстоящей борьбе генуэзцам было обещано, что они получат все привилегии, которыми пользовались до того венецианцы, включая венецианские кварталы в самом Константинополе и других главных портовых городах империи, а также свободный доступ в порты на Черном море. Для Генуи это соглашение имело историческое значение: оно заложило основы для формирования ее господства в торговле на Востоке. На Византию же в конечном итоге оно навлекло катастрофу, так как две итальянские морские республики постепенно завладели всем, что оставалось от ее власти на море, и продолжали свое вековое соперничество, так сказать, над ее беспомощным телом. Однако это было уделом будущего. Весной 1261 г. союз с Генуей, несомненно, казался Михаилу Палеологу и его подданным даром небесным.
Окончательное обретение Константинополя произошло почти случайно. В середине лета 1261 г. Михаил отправил во Фракию одного из своих военачальников, Алексея Стратегопулоса, с небольшой армией. Когда тот достиг Селимбрии (совр. Силиври), расположенной примерно в сорока милях от Константинополя, Алексей узнал, что состоявший из латинян городской гарнизон отсутствует: венецианцы призвали его, дабы атаковать остров Дафнусию, принадлежавший Никейской империи (тот, кто обладал этим островом, контролировал вход в Босфор со стороны Черного моря). Алексею также сообщили о калитке в стене, ограждавшей город с суши, через которую вооруженные люди могли легко проникнуть в столицу. В ту же ночь небольшой отряд проверил эти сведения. Незаметно проскользнув внутрь, солдаты застали стражей-франков врасплох и сбросили с бастионов, после чего тихо открыли одни из городских ворот. На рассвете 25 июля 1261 г., в понедельник, остальная часть армии вошла в Константинополь, почти не встретив сопротивления.
Император Балдуин II, спавший во дворце, проснулся от шума и криков и спасся бегством. В конце концов он случайно нашел венецианское торговое судно, на котором и бежал на Эвбею. Тем временем Алексей Стратегопулос и его люди подожгли весь венецианский квартал, так что моряки, возвратившись с Дафнусии, обнаружили, что их дома разорены, а перепуганные семьи, оставшиеся без крова, толпятся на пристани. У них не хватило духу предпринять контратаку. Не имея иного выхода, они, безутешные, отправились в свою лагуну. Среди оставшихся в городе франков распространилась паника, что с удовольствием отмечают греческие хроники. Однако беспокойство было безосновательным: ожидавшаяся резня так и не последовала. Вскоре франки вылезли из своих разнообразных укрытий, собрали все свое имущество, какое могли унести, и побрели в гавань, где дожидалось около тридцати венецианских галер. Когда все поднялись на борт, эта флотилия также отплыла к Эвбее — очевидно, даже не задержавшись для того, чтобы запастись в достаточном количестве провиантом (так как сообщают, что многие беглецы умерли от голода, не добравшись до места назначения).
В двухстах милях от Константинополя император Михаил также спал в своем лагере в Метеоруме, в Малой Азии, когда пришла великая новость. Его старшая сестра Евлогия, которая баюкала его, когда он был еще младенцем, напевая о том, как он однажды станет императором и войдет в Константинополь через Золотые ворота, разбудила его (согласно одному источнику, пощекотав ему пальцы ног) и сообщила эту весть. Поначалу Михаил отказался верить, и лишь когда ему вручили корону и скипетр, которые Балдуин оставил во дворце, он убедился, что это правда. Три недели спустя, 15 августа, он в надлежащее время миновал Золотые ворота и проследовал пешком через город к собору Святой Софии. Там патриарх во второй раз короновал их с супругой Феодорой, а малолетний сын Андроник был провозглашен наследником.