Syriens stats-tv siger ifølge Reuters, at Islamisk Stat har dræbt 400 civile i Palmyra - de fleste af dem kvinder og børn.
Oppositionsaktivister har på sociale medier meldt om hundredvis af dræbte, der ligger i byens gader.
Palmyra, der på arabisk er kendt som Tadmur, er hjemsted for verdensberømte velbevarede ruiner fra romertiden.
Sårede soldater flygtede fra hospital
Syriens stats-tv melder også, at 300 oprørere er blevet dræbt ved luftangreb, som skulle bryde en belejring af et hospital i den nordvestlige del af landet.
Hospitalet blev tidligere meldt under islamiske oprøreres kontrol.
Islamistiske oprørere fra blandt andet Nusra Fronten, der har bånd til al-Qaeda, sagde fredag, at de erobrede hospitalet i den nordvestlige Idlib provins fra Syriens regeringshær, hvilket fik mange af de 150 indlagte soldater til at flygte.
- Nusra Fronten har sammen med andre grupper fuldstændigt overtaget kontrollen med Jisr al-Shughour hospitalet," sagde Rami Abdel Rahman, som leder overvågningsgruppen Syriens Observatorium for Menneskerettigheder.
Tidligere på måneden lovede den syriske præsident, Bashar al-Assad, at befri de omringede regeringssoldater i området. Præsidenten sagde, at hans hær "snart vil ankomme og befri de helte, som er omringet på Jisr al-Shughour hospitalet."
FN er dybt bekymret
FN's Sikkerhedsråd udtrykte lørdag dyb bekymring over Islamisk Stats indtog i Palmyra, hvorfra mange er flygtet.
- De 15 medlemmer af Sikkerhedsrådet forlanger, at alt skal gøres for, at de mange tusinde civile i området kan komme i sikkerhed.
Unesco, der har Palmyra på sin liste over uerstattelig verdensarv, er også stærkt bekymret over udviklingen. Islamisk Stat smadrer kulturarv og historiske bygninger overalt, hvor bevægelsen vinder terræn.
/ritzau/Reuters