Prens Eugen Belgrad’a saldırmaktan çekindi. Nehirlerle çevrili şehri kuşatmak için yeterli sayıda gemisi yoktu ve Türk ordusu mağlup olmasına rağmen hala Belgrad’ı savunacak kadar güçlüydü. Prens Eugen, bu yüzden Türk ordusundan ganimet olarak ele geçirdiği manda ve develeri kullanarak Tımışvar üzerine yürüdü. Zorlu bir yürüyüşten sonra 26 Ağustos’ta Tımışvar önlerine geldi.
Tımışvar, sadece nehir kollarından, adalardan ve bataklıklardan oluşan doğal savunma tesislerine değil, modern istihkamlara da sahipti. Buna rağmen Avusturya ordusunun şehre büyük zarar veren top ateşi yüzünden halkın ayaklanması sonucunda kale Ekim ayı ortalarında teslim oldu. Prens Eugen, Kasım 1716'da Viyana’ya muzaffer olarak döndüğünde, hakkındaki bütün eleştiriler bitmişti. Bu yüzden ertesi yıl Osmanlılar üzerine sefere çıkmasına ve Belgrad’ı alma önerisine hiç kimse muhalefet etmedi.
Orta Avrupa’nın kilidi olan Belgrad ele geçirilirse Avusturya, Türk saldırılarından kurtulabilecekti. Prens Eugen, Avusturya’nın Belgrad’ı kendi imkanlarıyla alabileceğinden emin olduğu için Rus Çarı Petro’nun Avusturya’nın tarafında savaşa girme önerisini reddetti. Zira Rus Çarı’nın sadece Tuna ülkelerinde genişleme peşinde olduğunu düşünüyordu. Avusturya ordusunun Osmanlılar’ın yeni sadrazam Halil Paşa komutasında savunma için bir ordu hazırlamalarına fırsat vermeden, Tuna Nehri’ni geçerek, Belgrad’ın kuşatılması gerekiyordu.
14 Mayıs 1717’de Viyana’dan ayrılan Avusturya ordusu 15 Haziran’da Belgrad’ın doğusundaki Tuna Nehri’ni geçti. Belgrad’ın üç tarafı, kuzeyde ve doğuda Tuna Nehri, batıda ise Sava Nehri olmak üzere, sularla çevriliydi. Şehrin güneyinde karargah kuran Prens Eugen, hem kuşatma ordusu olarak hareket edeceğini, hem de şehre yardıma gelecek bir Türk ordusuna karşı savunmaya geçmek zorunda kalacağını hesaplamıştı. Çevreyle teması kesilen Belgrad’ı yetenekli bir komutan olan Mustafa Paşa komutasındaki 30 bin kişilik bir ordu savunuyordu.
13 Temmuz’da çıkan bir fırtına Avusturya ordusu tarafından Sava ve Tuna nehirleri üzerine kurulan köprülerin birçoğunu yok etti, birkaç erzak gemisini batırdı ve mandalarıyla birlikte birçok arabayı devirdi. Sadrazamın komutasındaki Osmanlı ordusu, Ağustos ayı başlarında Belgrad’ın doğusundaki tepelere geldi ve Avusturya ordusu iki ateş arasında kaldı. Viyana Kuşatması burada aktörlerin rolleri yer değiştirmiş bir şekilde tekrarlanıyordu. Ancak Osmanlı ordusunda, düzenli birliklerin sayısı azdı ve disiplin yoktu. Düştüğü tehlikeli duruma rağmen Prens Eugen soğukkanlılığını koruyarak, kuşatmayı kaldırmadı.
Osmanlı ordusunun ya kendisine saldıracağını, ya da erzak eksikliğinden dolayı geri döneceğini umuyordu. Ancak düşündüğünün aksine iki hafta boyunca Osmanlı ordusunun top ateşine maruz kaldı. Ayrıca Prens Eugen sıtmaya yakalanmıştı. Eugen, ordusunun çökmek üzere olduğunu görünce, 16 Ağustos’ta 10 bin askeri şehri kontrol etmek üzere geride bırakıp, kalan 60 bin kişiyle gece karanlığında Türk ordusunun karargahına doğru yola çıktı.
Avusturya askerlerine birbirlerini yakından takip etmeleri ve disiplinsiz Türk birliklerine sürekli ateş etmeleri yönünde emir verilmişti. Ayrıca askerlere cesaretlerini artırmak için bol bol şarap ve içki dağıtılmıştı. Sadrazam Halil Paşa, Prens Eugen’in ordusunu açlık ve top ateşiyle dize getirebileceğini düşünüyordu. 16 Ağustos sabahı sisler arasından Avusturya ordusunun saldırması sadrazam için tam bir sürpriz oldu. Üç saatlik bir çatışmadan sonra Osmanlı ordusu dağılarak, Niş’e kaçtı.
Geride kalan askerler ise imparatorluk birlikleri tarafından acımasızca katledildi. Osmanlı karargahı yine Avusturyalılar’ın eline geçmişti ama bu defa ordunun malzemelerinin çoğu nehrin aşağısındaki gemilerde bırakıldığı için düşmanın eline geçen ganimet azdı. Prens Eugen, iki ateş arasında kalmış olmasına rağmen bir mucizeyi başarmıştı. İmkansız denecek bir muharebeyi kazandıktan sonra, Belgrad kuşatmasına bıraktığı yerden devam etti. Eugen’in başarısı Belgrad’ı da umutsuzluğa sevk etmişti.
Bu yüzden altı aylık erzak stoğu olmasına rağmen, Belgrad bir hafta sonra teslim oldu. Avusturyalılar, 22 Ağustos’ta kaleyi işgal ettiklerinde, kaledeki asker ve sivil 60 bin kişinin eşyalarıyla birlikte ayrılmalarına izin verdiler.