В 1096 году Боэмунд, узнав о восстании против норманнской власти в Амальфитанском герцогстве, собрал армию и осадил Амальфи. В это время, как сообщает Gesta Francorum, ему пришло сообщение о подготовке Первого Крестового похода. Те владения, которые Боэмунду удалось обрести в Италии, казались ему недостаточно богатыми и обширными, а перспектива завоевания новых земель на Востоке представлялась заманчивой, поэтому князь Тарентский без лишних колебаний принял решение о присоединении к походу. Боэмунд «приказал разрезать на кресты свой драгоценный плащ и раздать их воинам». По оценкам Жозефа Мишо, численность норманнского крестоносного войска составила 10 тыс. всадников и 20 тыс. пехотинцев; вероятно, эти цифры завышены, поскольку Анна Комнина в «Алексиаде» неоднократно подчёркивает, что изначально у Боэмунда было намного меньше сил, нежели у других вождей похода. Более осторожный в оценках П. В. Безобразов считает, что с Боэмундом в поход выступили 7 тыс. человек. По мнению Жана Ришара, малая численность норманнского войска компенсировалась высокой дисциплинированностью солдат и имевшимся у них опытом сражений на Востоке. Как сообщает Ф. И. Успенский, к армии норманнов присоединилась также часть французских крестоносцев, не успевших отплыть в Византию и зимовавших в Италии.
Во время пути через Балканы Боэмунд призывал своих воинов не разорять окрестные земли, не желая рисковать папским благоволением. Несмотря на это, его армия была несколько раз атакована византийцами, ещё не забывшими былой вражды. Норманнский князь отразил нападения и захватил нескольких пленников, однако из политических соображений отпустил их, не причинив никакого вреда. В итоге Боэмунд заключил с византийскими послами договор, согласно которому при норманнском войске отныне постоянно находился представитель императора, следивший за тем, чтобы местные жители снабжали крестоносцев провизией, и не допускавший грабежей со стороны норманнов. Это вызвало гнев Танкреда, племянника Боэмунда и его ближайшего соратника, который намеревался разорить Роцц. Дело едва не дошло до сражения между сторонниками Боэмунда и воинами Танкреда, однако в итоге крестоносцы договорились, что не станут нападать на город. Боэмунд получил от горожан богатые дары за своё заступничество и продолжил путь.
Приблизившись к Константинополю, Боэмунд велел армии остановиться и в сопровождении нескольких рыцарей отправился к императорскому двору. Несмотря на прошлые войны с Византией, Боэмунд охотно принёс Алексею Комнину вассальную присягу. Как сообщает Анна Комнина, Боэмунд требовал в обмен на присягу титул доместика Востока, то есть непосредственного представителя Византийской империи в крестоносном войске, однако не получил его, удовольствовавшись щедрыми дарами. Боэмунд оставался в Константинополе до самого 1097 года и не принимал личного участия в осаде Никеи, следя за снабжением крестоносцев продовольствием.
Боэмунд вернулся в армию крестоносцев вскоре после взятия Никеи (в его отсутствие норманнами командовал Танкред Тарентский). Он возглавил авангард войска и двинулся через Анатолию на юго-восток. 1 июля 1097 года солдаты Боэмунда были атакованы сельджуками близ Дорилеи. В начавшемся сражении крестоносцы победили, во многом благодаря личной отваге Боэмунда. Воодушевлённый первыми успехами, норманнский полководец пустился преследовать отступающего Гази ибн Данишменда, однако так и не смог догнать его.
В конце 1097 года крестоносцы достигли Антиохии. Боэмунд принимал наиболее активное участие в осаде города и следил за тем, чтобы в рядах войска поддерживался высокий боевой дух. Чтобы предотвратить атаки с тыла, он атаковал расположенную к востоку от города крепость Харим, хитростью выманил её гарнизон в поле и разбил его в сражении; захваченных в плен мусульман он приказал обезглавить перед воротами Антиохии, чтобы деморализовать обороняющихся.
Вскоре среди крестоносцев возникла опасность голода, и Боэмунд возглавил экспедицию против окрестных мусульманских земель. 31 декабря 1097 года он разгромил спешившее на помощь осаждённой Антиохии союзное войско турецкого атабека Тугтекина, правителя Дамаска Дукак Мелика и арабского князя Хомса. Несмотря на то, что норманнская армия одержала убедительную победу и предотвратила снятие блокады с города, крестоносцам так и не удалось добыть достаточное количество провианта, и Боэмунд вернулся в лагерь с пустыми руками.
В январе 1098 года, когда европейские воины были практически полностью деморализованы и уже готовились отказаться от продолжения осады, Боэмунд внезапно предъявил свои права на Антиохию. Он заявил, что если не получит город, то вернётся в Италию вместе со всем своим войском. В обмен он обещал предоставить другим предводителям похода подкрепление во время их похода на Иерусалим. В сложившейся ситуации уход норманнской армии из-под стен Антиохии представлялся крестоносцам катастрофическим, и остальные полководцы безоговорочно признали права Боэмунда. Единственным, кого это решение возмутило, был Раймунд Тулузский, претендовавший на те же земли от имени Папы. Помимо Раймунда, помехой для предводителя норманнов был законный представитель византийского императора, полководец Татикий. Чтобы не допустить передачи Антиохии в руки византийцев, Боэмунд решил обмануть Татикия и убедил его в том, что остальные вожди похода планируют его убийство. Испуганный Татикий тепло поблагодарил своего «спасителя» и поспешил покинуть лагерь, после чего Боэмунд выставил его перед крестоносцами трусом и предателем, сбежавшим из-под Антиохии из малодушия.
Некоторое время спустя Боэмунд отразил нападение Мелика Ридвана, турецкого правителя Алеппо, наголову разгромив его в сражении у Железного моста, и заручился поддержкой фатимидского халифа Каира, искавшего союзников против сельджуков. Норманн даже сделал халифу «подарок» в виде трёхсот голов, отрубленных у погибших защитников Антиохии. Он успешно отразил несколько вылазок из города, и мусульмане совершенно пали духом. К тому же Боэмунду удалось подкупить некоего армянина-оружейника (по другим сведениям — командира стражи), благодаря чему в ночь со 2 на 3 июня он захватил одну из городских башен. Вслед за тем начался штурм Антиохии, завершившийся её взятием и жестокой резнёй.
Вскоре Антиохия, занятая крестоносцами, оказалась осаждена уже мусульманской армией. Византийское войско, спешившее на помощь европейцам, повернуло назад из-за ложных вестей о падении города; это было весьма на руку Боэмунду, поскольку тем самым император Алексей, по сути, отказывался от претензий на Антиохию. Чтобы вынудить павших духом солдат сражаться за цитадель, норманнский военачальник приказал поджечь несколько кварталов, в результате чего «церкви и дома числом до двух тысяч сгорели» (историк Томас Эсбридж объясняет эту странную диверсию иначе — по его мнению, Боэмунд решился на такой шаг, чтобы помешать войскам своего конкурента Раймунда Тулузского занять часть города). Он также сурово пресекал попытки дезертирства, удерживая крестоносцев за городскими стенами. Однако всех этих усилий было недостаточно — чтобы снять с Антиохии блокаду, христиане должны были предпринять вылазку и разбить врага в поле.
Единолично разработав план сражения, 29 июня 1098 года Боэмунд возглавил крестоносцев и дал сарацинам бой у стен города. Благодаря его тактическому таланту мусульмане оказались разгромлены наголову. В результате удалось не только снять осаду, но и добиться капитуляции турецкого гарнизона, почти месяц успешно оборонявшего антиохийскую цитадель. Город перешёл к Боэмунду; тот великодушно предложил солдатам гарнизона присоединиться к его армии при условии их обращения в христианство, а тех, кто пожелал уйти, отпустил с миром.

+