L'empire babylonien a finalement été mis fin à l'empire par Cyrus le Grand de Perse.
C'est en 549 av. J.-C. que Cyrus met fin à l'empire des Mèdes. Trois ans plus tard, Cyrus était devenu roi de l'empire achéménide (Perse) et était engagé dans une campagne dans le nord de la Mésopotamie.
En 539 av. J.-C., Cyrus envahit Babylone. Une bataille a eu lieu à Opis au mois de juin, où les Babyloniens ont été vaincus ; et immédiatement après, Sippara s'est rendue à l'envahisseur. Deux jours après la capture de Sippara, "les soldats de Cyrus entrèrent dans Babylone sans combattre". Cyrus n'est arrivé que le 3 de Marchesvan (octobre), Gobryas ayant agi pour lui en son absence. Gobryas est alors nommé gouverneur de la province de Babylone.
Cyrus prétendait désormais être le successeur légitime des anciens rois babyloniens et le vengeur de leur dieu Bel-Marduk. L'invasion de Babylone par Cyrus a sans doute été favorisée par la présence d'exilés étrangers forcés comme les Juifs, qui avaient été plantés au milieu du pays.
L'un des premiers actes de Cyrus fut de permettre à ces exilés de rentrer chez eux, en emportant avec eux les images de leur dieu et leurs vases sacrés. Cette permission fut concrétisée par une proclamation, par laquelle le conquérant s'efforçait de justifier sa revendication du trône de Babylone. Le sentiment que personne n'avait le droit de régner sur l'Asie occidentale était encore fort, jusqu'à ce que Bel et ses prêtres le consacrent à cette fonction ; en conséquence, Cyrus prit désormais le titre impérial de "Roi de Babylone".