התפילות ביום תשעה באב שונות מבשאר השנה, הן בתפילת שחרית והן בתפילת המנחה. השינויים באים לידי ביטוי גם במבנה התפילה, בתכנים הנוספים לה, ולחלק מן המנהגים — אפילו באי הנחת טלית ותפילין.

טלית ותפילין את תפילת שחרית נוהגים האשכנזים להתפלל בלי תפילין. אצל הספרדים יש הנוהגים להתעטף בטלית ולהניח תפילין בבית, לקרוא קריאת שמע, ולאחר מכן להסיר את התפילין וללכת לתפילה בבית הכנסת. ויש מן הספרדים הנוהגים להתעטף בטלית ולהניח תפילין בבית הכנסת כבכל בוקר. לנוהגים כך, סדר תפילת שחרית יהיה שונה מכל שאר הקהילות, וכפי שיפורט בהמשך.

תפילת שחרית יש נוהגים לומר את 'פסוקי דזמרה' (מזמורי התפילה שבין ברכת 'ברוך שאמר' לברכת 'ישתבח') בלחש.

יש נוהגים לומר ביום הזה את שירת 'האזינו' במקום את שירת הים ("אז ישיר משה"), ויש שנוהגים לומר זאת רק לאחר התפילה.

בסיום תפילת 'עמידה' קוראים בתורה קטע מפרשת 'ואתחנן', שמתחיל במילים "כִּי תוֹלִיד בָּנִים וּבְנֵי בָנִים" (דברים ד, כה-מ), שם מדובר על כך שאם יחטאו בני ישראל, עתידים הם לִגלות מארצם, וכאשר יחזרו בתשובה — ייגאלו וישובו אליה. לאחר מכן קוראים 'הפטרה' ומפטירים בקטע "אָסוֹף אַסיפֵם" (ירמיהו ח, יג-ט, כג), העוסק אף הוא בחטאי בני ישראל ובחורבן ובגלות שבאו בעקבותיהם. האשכנזים נוהגים לקרוא את פסוקי ה'הפטרה' בניגון של מגילת איכה.

בשלב הזה עוברים לאמירת הקינות, העוסקות בחורבן בית המקדש ובצרות נוספות שפקדו את עמנו לאורך השנים. הקשבה למשמעות המילים ולמשקלן הפיוטי תגביר את תחושת ההזדהות עם תשעה באב ותוכנו. ראוי להאריך באמירת הקינות עד חצות היום.

בסיום הקינות אומרים 'אשרי' ו'ובא לציון'. למנהג האשכנזים מסיימים את התפילה כאן ומשלימים ואומרים 'שיר של יום' ו'פיטום הקטורת' רק מאוחר יותר, לפני תפילת מנחה. למנהג הספרדים מסיימים את התפילה כרגיל. למנהגם של הספרדים המניחים תפילין במשך כל התפילה, מסיימים את כל התפילה כסדרה, ובכלל זה 'עלינו לשבח'. לאחר מכן מסירים את התפילין, ורק אז עוברים לקינות ולשאר תוספות האֵבל.

אחרי התפילה יש הנוהגים ללכת לבית הקברות, וכמה סיבות ניתנו למנהג זה: המתים אף הם שותפים לצערם של החיים; שהמתים יסייעו לנו ויפילו תחינתם לפני הקב"ה, לגאולה שלמה; להראות שבמצבנו הנוכחי אנו משולים למתים.

ההולכים בדרכי האר"י ז"ל, אינם הולכים בתשעה באב לבית הקברות.

אחרי חצות היום לאחר חצות היום יש כמה הקלות בדיני האבל ומנהגיו: מותר לשבת על כיסא, כורסה וכיוצא בזה, בגובה רגיל. מותר להתחיל להכין ולבשל את הסעודה של סיום הצום. יש שאף נוהגים לנקות את הבית כביטוי לציפייה ולהכנה לבוא הגואל.

תפילת מנחה המנהג הרוֹוח הוא שלפני תפילת מנחה מתעטפים בטלית ומניחים תפילין. יוצאים מהכלל הם הנוהגים להתפלל שחרית בטלית ותפילין.

חלק מן האשכנזים נוהגים להשלים לפני מנחה את קטעי התפילה שלא אמרו בבוקר — 'שיר של יום' ו'פיטום הקטורת'.

אחרי 'אשרי' קוראים בתורה את פסוקי "ויחל משה" (שמות לב, יא-יד) ו"פסָל לך" (שמות לד, א-י), העוסקים בתחינת משה לקב"ה כי ירחם על בני ישראל לאחר שכשלו בחטא העגל. כמו־כן כוללת הקריאה את רשימת שלוש עשרה מידות הרחמים של הקב"ה, שאזכורם מעורר את רחמי ה' עלינו. לאחר מכן קוראים 'הפטרה' בספר ישעיהו (נה, ו-נו, ח), "דרשו ה' בהמצאו, קראוהו בהיותו קרוב", העוסקת אף היא בעזיבת החטאים ובחזרה אל ה'.

בתפילת 'עמידה' מוסיפים את בקשת 'נחֵם' בברכת 'ולירושלים עירך' ואת 'ענֵנו' בברכת 'שְׁמע קולנו'. במהלך 'חזרת הש"ץ' (שליח הציבור) נוהגים בארץ ישראל שהכוהנים נושאים את כפיהם ומברכים את הציבור ב'ברכת כוהנים'.

הצום מסתיים ב'צאת הכוכבים' (כעשרים דקות לאחר שקיעת השמש), או לאחר תפילת ערבית, כמצוין בלוחות השנה.

י' באב מכיוון שבית המקדש החל להישרף בסוף יום תשעה באב והוסיף לבעור במשך כל יום המחרת, י' באב, יש כמה ממנהגי האבלוּת הנוהגים גם למחרת תשעה באב, עד חצות היום. בין השאר אין מסתפרים, אין מברכים 'שהחיינו' על בגד או על פרי חדש, אין אוכלים בשר ואין שותים יין, וכמו־כן אין מקשיבים למוזיקה.