Korsfarerne begyndte at forlade Konstantinopel i slutningen af april 1097. Godfrey af Bouillon var den første, der ankom til Nicaea, med Bohemond af Taranto, Bohemonds nevø Tancred, Raymond IV af Toulouse og Robert II af Flandern efter ham, sammen med Peter den Eremit og nogle af de overlevende fra Folkets Korstog, og en lille
byzantinsk styrke under Manuel Boutoumites.De ankom den 6. maj med alvorlig mangel på mad, men Bohemond sørgede for, at mad blev bragt til lands og til vands.De satte byen til belejring fra den 14. maj og tildelte deres styrker til forskellige dele af murene, som var godt forsvaret med 200 tårne.Bohemond slog lejr på den nordlige side af byen, Godfrey mod syd, og Raymond og Adhemar fra Le Puy på den østlige port.Den 16. maj slog de tyrkiske forsvarere ud for at angribe korsfarerne, men
tyrkerne blev besejret i en træfning med tab af 200 mand.Tyrkerne sendte beskeder til Kilij Arslan og tryglede ham om at vende tilbage, og da han indså korsfarernes styrke, vendte han hurtigt tilbage.Et fremskudt parti blev besejret af tropper under Raymond og Robert II af Flandern den 20. maj, og den 21. maj besejrede korsfarerhæren Kilij i et slag, som varede langt ud på natten.Tabene var store på begge sider, men i sidste ende trak sultanen sig tilbage trods bønner fra de nicæiske tyrkere.Resten af korsfarerne ankom i resten af maj, hvor Robert Curthose og Stephen af Blois ankom i begyndelsen af juni.I mellemtiden byggede Raymond og Adhemar en stor belejringsmotor, som blev rullet op til Gonatas-tårnet for at engagere forsvarerne på væggene, mens minearbejdere udgravede tårnet nedefra.Tårnet blev beskadiget, men der blev ikke gjort yderligere fremskridt.Den byzantinske kejser Alexios I valgte ikke at ledsage korsfarerne, men marcherede ud bag dem og slog lejr ved det nærliggende Pelecanum.Derfra sendte han både, rullede over landet, for at hjælpe korsfarerne med at blokere Ascanius-søen, som indtil dette tidspunkt var blevet brugt af tyrkerne til at forsyne Nikæa med mad.Bådene ankom den 17. juni under kommando af Manuel Boutoumites.Generalen Tatikios blev også sendt med 2.000 fodsoldater.Alexios havde instrueret Boutoumites til i hemmelighed at forhandle om overgivelsen af byen uden korsfarernes vidende.Tatikios blev instrueret i at slutte sig til korsfarerne og lave et direkte angreb på murene, mens Boutoumites ville foregive at gøre det samme for at få det til at se ud som om byzantinerne havde erobret byen i kamp.Dette blev gjort, og den 19. juni overgav tyrkerne sig til Boutoumites.Da korsfarerne opdagede, hvad Alexios havde gjort, var de ret vrede, da de havde håbet at plyndre byen for penge og forsyninger.Boutoumites blev dog udnævnt til dux af Nicaea og forbød korsfarerne at komme ind i grupper større end 10 mand ad gangen.Boutoumites udviste også de tyrkiske generaler, som han anså for lige så upålidelige.Kilij Arslans familie tog til Konstantinopel og blev til sidst løsladt uden løsesum.Alexios gav korsfarerne penge, heste og andre gaver, men korsfarerne var ikke tilfredse med dette, da de mente, at de kunne have fået endnu mere, hvis de selv havde erobret Nicaea.Boutoumitter ville ikke tillade dem at tage af sted, før de alle havde svoret en ed om vassal til Alexios, hvis de endnu ikke havde gjort det i Konstantinopel.Som han havde gjort i Konstantinopel, nægtede Tancred først, men han gav til sidst efter.Korsfarerne forlod Nicaea den 26. juni i to kontingenter: Bohemond, Tancred, Robert II af Flandern og Tatikios i fortroppen og Godfrey, Baldwin af Boulogne, Stephen og Hugh af Vermandois bagerst.Tatikios blev instrueret i at sikre tilbagevenden af erobrede byer til imperiet.Deres humør var højt, og Stephen skrev til sin kone Adela, at de forventede at være i Jerusalem om fem uger.