然而，让所有人都瞠目结舌的情况却是：就在尔朱兆的轻装骑兵抵达黄河北岸的这一天，黄河几乎断流了，河水连马肚子都淹不到！《洛阳伽蓝记》称黄河这一现象是历史上从未有过的事，但是，另据《北史》记载，当时，驻守河桥的卫将军元世俊（任城王拓跋云之孙、元澄侄儿）根本无心抵抗，见到尔朱兆，他隔着黄河就遥遥参拜，并送给尔朱兆五艘小船，尔朱兆遂渡过了黄河。《魏书·尔朱世隆传》称：“初，世隆曾与吏部尚书元世俊握槊（古代一种下棋赌博的游戏）”云云，虽然两人游戏的具体时间不详，但也可说明二人私交甚好，元世俊引导尔朱兆部队过河不是没有可能。
尔朱兆的骑兵轻松地从河梁西（富平津、即孟津）渡过了黄河，十二月三日，洛阳刮起了多年罕见的暴风，霎时间黄尘冲天而起，四处飞沙走石，就在这种异常恶劣的天气里，尔朱兆的大军来到了洛阳城下！
显然，洛阳城内军民丝毫没有想到尔朱兆能够这么快地现身于洛阳，在黄尘滚滚之中，洛阳外城守军也没有察觉尔朱兆的到来，甚至外城城门根本就没有关闭！
等到尔朱兆的部队在宫城门外高叫开门时，宫城内的禁卫军将士这才发现尔朱兆已经入城了，惊慌之余，将士们将要迎战，但因狂风大作，弯弓搭箭，战袍拨动弓弦，无法发射，遂一哄而散。
尔朱兆之兵闯入宫中，元鸷又下令禁卫军将士们不得抵抗，尔朱兆的军队就这样迅速占领了皇宫。尔朱兆起兵之后，先是史仵龙、杨文义投降，继而源子恭溃逃，接着是元世俊帮忙，最后是元鸷将其引入，回顾这一切显得是非常奇怪，虽然京师新招募的军队战斗力不强，但也不至于如此不战而降，究其原因，幕后黑手似乎还是以元鸷为首的京师禁卫军集团。姑且不说尔朱荣与京师禁卫军之间渊源深厚，但就孝庄帝继位后曾下诏整顿过去任官封爵过多过滥的现象，这直接触动了刚刚有所抬头的武官集团的利益，从这一角度来说，京师武官集团并不支持孝庄帝。其实，孝庄帝也为自己留足了后路，他担心京师守不住，已提前任命高道穆为南道大行台，对外假托讨伐山蛮，其实是想在失利时为南逃之计，但是，他没有想到自己的失败竟然来得这么快，来得这么干脆！
此时的孝庄帝真的成了孤家寡人了，他徒步从云龙门逃出宫外。途中，遇到城阳王元徽骑着马从自己身边擦身而过，孝庄帝连喊数声，但元徽却只顾自己逃命，头也不回，径直而去。很快的，尔朱兆的骑兵就追上了孝庄帝，将他锁在了永宁寺的钟楼之上。当时是隆冬季节，天气非常严寒，孝庄帝向尔朱兆索要头巾，但尔朱兆却不给。
尔朱兆在洛阳城内仅仅待了七天左右，但在这七天里，洛阳城却遭到了空前的浩劫。尔朱兆在尚书省安下大营，使用天子专用的金鼓，在院子中间设立报时的刻漏，他派兵闯入皇宫，将尔朱皇后刚刚生下不足两个月的皇子摔死，奸污宫中嫔妃宫女公主，放纵士兵们在洛阳城内大肆抢劫、杀戮、**，司空临海王元彧、尚书左仆射元诲（广平王元怀长子）、青州刺史李延寔等人均在这几天内被杀。《洛阳伽蓝记·瑶光寺》就曾记载：“永安三年中，尔朱兆入洛阳，纵兵大掠，时有秀容胡骑数十人入寺淫秽”，从此以后，瑶光寺里的尼姑也蒙受了恶名，洛阳城内传出歌谣说：“洛阳女儿急作髻，瑶光寺尼夺作婿。”
城阳王元徽逃到洛阳城南龙门山南麓，投奔前洛阳县令寇祖仁家。寇祖仁家一门出了三位刺史，都曾是元徽的部下，也都是元徽一手提拔起来的，因此，元徽才来相投。谁知这个寇祖仁却是个见利忘义之徒，他私下对子弟们说：“听说尔朱兆悬赏捉拿元徽，能擒获的赏赐千户侯，今日富贵来了！”遂谎称官军来了，吓唬元徽，让元徽前往别处躲避，途中将其杀害。元徽来的时候带了一百斤黄金，五十匹马，寇祖仁见财起意，才杀害了元徽，他把元徽的首级送给尔朱兆，尔朱兆也没有给他封赏。尔朱兆却突然做了一个梦，梦中元徽告诉他说：“我有二百斤黄金，一百匹马在寇祖仁家，你可去取。”醒来后，尔朱兆即命人前去寇祖仁家索要，寇祖仁以为有人告发，当即承认，只是说家里只有元徽带来的一百斤黄金和五十匹马。尔朱兆怀疑他说的是假话，根本不信，寇祖仁家原有三十斤黄金，三十匹马，也都全部拿出送给尔朱兆，但仍然不够。尔朱兆见其又拿出了这些黄金马匹，更不相信，不禁大怒，将寇祖仁抓住，把脑袋挂在大树上，脚上又挂上大石头，一直将其拷打至死。寇祖仁名字叫寇弥，是寇赞的孙子，《魏书》称其人后来死于关西，与《洛阳伽蓝记》、《资治通鉴》记载的稍有不同。
尔朱世隆来到洛阳后，尔朱兆自以为立下了大功，他手握宝剑，怒目而视，对尔朱世隆厉声责备道：“叔父你在朝廷很久了，应该有不少耳目，为何竟然让天柱被杀！”尔朱世隆只有连连谢罪，尔朱兆才将他放过。尔朱兆不仅是个晚辈，而且原来的地位也比自己低，如今竟然想杀了自己，尔朱世隆是又羞又气，把尔朱兆是恨之入骨。不过，如今的他也只能按捺住一腔怒火，委曲求全一下了——尔朱兆的这一席话也为尔朱氏家族内部种下了不和的种子。
尔朱兆进入洛阳以后，纥豆陵步蕃就率部南下了，兵威甚盛，尔朱兆不敢在洛阳久留，只好先将孝庄帝押回晋阳，自己亲自在河梁监督押运抢劫来的财物，匆匆返回了晋阳，而由尔朱世隆、尔朱度律、尔朱彦伯等人留守洛阳。十二月十三日，孝庄帝被押送到了晋阳。虽然高欢并没有发兵与尔朱兆一起南下，但他却在尔朱兆的军中安插了自己的眼线——姐夫尉景。尉景向高欢报告了尔朱兆神速占领洛阳、活捉孝庄帝的经过，高欢得报后不禁大惊失色，他赶忙把孙腾召来说：“你火速去见尔朱兆，一方面表示祝贺，另一方面暗中打听天子的下落：是滞留在尔朱兆的军中？还是另外护送到晋阳？如果还没送到晋阳，你要火速向我汇报，我将在半道中截取皇上，兴起义兵。”孙腾昼夜飞奔，在半路上遇到了押运孝庄帝的尔朱兆部队。当时，高欢已经率领骑兵东下了，听说孝庄帝已经过去，只得折返。回去后，高欢还给尔朱兆写信告诫他不要杀害天子，落下恶名，但尔朱兆不听。高欢的目的是扩大自己的地盘，他原来打算趁虚夹击尔朱兆是这个目的，后来听说尔朱兆竟然神速进入洛阳，又想劫去孝庄帝，不过是想挟天子以令诸侯，至于史书说给尔朱兆写信云云，大约是史家给其脸上贴金罢了，因为，尔朱兆在两个月前就已经拥立了长广王元晔为帝，元晔也一定给高欢加官晋爵了，他岂能不知？
十二月二十三日，尔朱兆在晋阳三级佛寺内将孝庄帝元子攸绞死，元子攸死时24岁，在位两年零八个月，同时被杀的还有他的侄儿、尔朱荣的小女婿陈留王元宽。元子攸被杀前向佛祖祈祷，只愿生生世世不再生于帝王之家，并写下五言诗：“权去生道促，忧来死路长。怀恨出国门，含悲入鬼乡。隧门一时闭，幽庭岂复光？思鸟吟青松，哀风吹白杨。昔来闻死苦，何言身自当！”两年后，才将孝庄帝的灵柩送回洛阳，安葬在靖陵，孝庄帝临死前所作的诗即当作挽歌，一路上路人无不留下眼泪。