Hij belegerde uiteindelijk de grote zeehaven van Antwerpen. De stad stond open voor de zee, was sterk versterkt en werd met vastberadenheid en moed verdedigd door haar inwoners. Ze werden geleid door de beroemde Marnix van St. Aldegonde en geholpen door een ingenieuze Italiaanse ingenieur genaamd Federigo Giambelli. Het beleg begon in 1584 en riep al Farnese's militaire genie op. Ondanks de wanhopige pogingen van de belegerde stadsbewoners sloot hij alle toegang tot Antwerpen vanaf de zee af door een brug van boten over de Schelde van Calloo naar Oordam te bouwen. De aangeboden voorwaarden omvatten de bepaling dat alle protestanten de stad binnen vier jaar moesten verlaten. Deze gedisciplineerde inname en bezetting van de stad moet niet worden verward met de bloedige gebeurtenissen van de Spaanse woede op 4 november 1576. Farnese vermijdde de fouten van zijn voorganger Don Luis de Requesens. Met de val van Antwerpen
, en met Mechelen en Brussel al in handen van Farnese, werd het hele zuidelijke Nederland opnieuw onder het gezag van Philip geplaatst. Op een gegeven moment werden Holland en Zeeland, die door hun geografische ligging alleen via het water aan te vallen waren, in moeilijkheden gebracht om hun grondgebied te behouden. De slecht bevoorrading Engelse troepen, gestuurd door Elizabeth I, werden naar behoren verslagen door de Duke's.