Вильгельм решил по опыту взятия замка Брионн заняться осадой, чтобы заставить мятежников сложить оружие измором, то есть голодом. Графу, как было известно, не удалось за несколько дней запастись большими запасами провианта и фуража. Началась осада замка Арк. Войск в осадном лагере с каждым днем становилось все больше. Прибавлялось и боевых осадных машин: метательных, стенобойных.
Пока шла осада, в Нормандию вошла численно небольшая королевская армия Генриха I, который пришел на помощь сыну герцога Ричарда II, с которым находился в тайном сговоре, о чем Вильгельм узнал не сразу. Французов сопровождал немалый обоз, и поэтому они двигались вперед со скоростью самой тихоходной обозной повозки.
Когда королевская армия устроила себе походный лагерь у деревни Сент-Обен-ле-Коф, герцог Вильгельм во главе части своих войск покинул осадный лагерь под замком Арк, решил начать действия против тех отрядов королевских людей, которые отрывались в поисках провианта и фуража от главных сил. Или, говоря иначе, занимались грабежом местного населения и опустошением этой части Нормандии.
Однако такая тактика нормандцам успеха не принесла, хотя в конце октября 1053 года им удалось нанести поражение нескольким отрядам французов. Особенно чувствительной для герцога потерей стала гибель одного из лучших его военачальников графа Понтье Ангеррана II. Пока на удалении от осажденного замка происходили такие локальные бои, большой королевский обоз с провиантом сумел приблизиться к замку Арк и беспрепятственно со стороны осаждавших войти в него.
Король Генрих I удовольствовался таким большим тактическим успехом, продолжать войну с герцогом Нормандским не стал и отступил из его владений. Случившееся можно было соотнести с проигранным сражением в поле. Вильгельм не пал духом и лично возглавил осаду замка Арк. Он какое-то время жил в палатке под крепостными стенами врага, не раз участвуя в отражении вылазок осажденных, которые духом не падали.
Неизвестно, когда и почему граф Вильгельм д,Арк капитулировал. Можно считать, что это случилось в начале 1054 года. Возможно, к этому времени в замке подошли к исходу запасы провианта, или гарнизон уже голодал. За время длительной осады в крепости осталось немного воинов, среди которых оказались и французы, сопровождавшие королевский обоз: они не успели вовремя покинуть замок.
Вероломный дядя герцога сложил оружие перед племянником, против которого он поднял столь серьезный мятеж, опираясь при этом на прямую поддержку со стороны короля Франции. Хронист Вильгельм из Пуатье при виде капитуляции остатков крепостного гарнизона описал финал осады Арка в таких словах:
«Какое печальное зрелище! Какой плачевный конец; одни на изголодавшихся кобылах, копыта которых более не цокают по земле и не вздымают пыль; другие еще носят сапоги со шпорами, но больше не походят на воинов; многие несут на согнутых от изнурения спинах седла своих коней; некоторые тщетно пытаются удержаться на ногах…»
Все ожидали сурового отношения герцога Вильгельма к побежденным мятежникам. Осажденные в Арке сторонники графа являлись к тому же еще и изменниками, клятвопреступниками. Но правитель Нормандии обошелся с ними так, как это было несколько лет назад при капитуляции Ги де Брионна. Он словно забыл о вероломстве родного дяди, отобрав у него только замок и графство, но предложив взамен «обширные и высокодоходные владения» в другой области герцогства. Более того, Вильгельм д, Арк не подлежал изгнанию из родной Нормандии.
Однако «раскаявшийся» побежденный не очень-то верил в милости своего племянника. Он предпочел покинуть с семьей Нормандию, отъехав к своему старому знакомому графу Булонскому Евстахию. При этом он опирался на известное расположение к себе короля Генриха I.
События вокруг замка Арт в 1053 и 1054 годах показали непрочность отношений Парижа и Руана в рамках единого государства. Пройдет несколько столетий, в течение которых Нормандия, как английское владение, станет камнем преткновения между королевствами Франция и Англия, причиной нескольких длительных войн между ними. Но эта эпоха кровавых раздоров начнется после триумфального похода Вильгельма Нормандского на противоположный берег пролива Ла-Манш.
Современники тех событий связывали «ожившую вдруг неприязнь» между герцогом Вильгельмом и королем Генрихом I с историей появления завоевателей-норманнов на севере Франции. Причем эта неприязнь видится хронистами взаимной. Вильгельм Жюмьежский по этому поводу писал:
«С тех пор как норманны стали возделывать поля Нейстрии, французы привыкли желать им зла; они побуждали своих королей выступить против них, утверждая, что норманны силой отняли земли, принадлежавшие их предкам».