Nyhetsbyrån Sana sa att militären hade "återställt säkerhet och stabilitet till Khalidiya".
Aktivister rapporterade sammandrabbningar i Khalidiya på måndag morgon, men sade att större delen av området var under arméns kontroll.
Tillkännagivandet kommer en månad efter det att trupperna utlyste en offensiv för att driva bort rebeller från Syriens tredje största stad.
Homs har varit ett av fokuserna i ett tvåårigt nationellt uppror mot president Bashar al-Assad, där FN säger att mer än 100.000 människor har dött.
Korrespondenterna säger att tillfångatagandet av Khalidiya skulle ge ytterligare impulser till kontraoffensiven av regeringstrupper och deras allierade, som såg den närliggande staden Qusair falla i juni.
Av Paul WoodBBC News i Beirut
Khalidiyas fall var väntat. En västerländsk diplomat sade att han nyligen hade fått veta av en fri syrisk armébefälhavare att det inte var möjligt att få in någon ammunition eller andra förnödenheter. Avskurna från hjälp var det kanske bara en tidsfråga för rebellerna.
Det finns andra delar av Homs som fortfarande är i rebelliska händer. Men om de, tillsammans med Khalidiya, faller, kommer Homs att bli den senaste i en rad regim segrar på slagfältet.
Regimens styrkor har stadigt plockat bort några av byarna runt Homs. För två månader sedan, med hjälp av Hizbollah, återtog de staden Qusair. Regeringen har stoppat - om inte helt vänt - ett uppror mot Damaskus. Källor nära regimen säger att en offensiv också planeras för den norra staden Aleppo.
Efter Khalidiya fortsätter konflikten i Syrien
I bilder: Khalidiya ödeläggelse
På måndagen sade en icke namngiven officer till Syriens statliga TV: "Idag kan vi rapportera att vi har fullständig kontroll över området Khalidiya."
"Det var en seger för alla våra krigare och hela den syriska armén och särskilt vår kära ledare, Bashar al-Assad. Och om Gud vill, kommer vi att göra oss av med terroristerna i hela landet och framtiden kommer att vara fri från mord och under arméns kontroll."
Den brittiska aktivistgruppen det syriska observatoriet för mänskliga rättigheter ifrågasatte emellertid påståendet.
Medan gruppen erkände att regeringsstyrkorna hade kontroll över de flesta av Khalidiya, sade den att striderna fortsatte på måndagen.
"Krocker ägde rum mellan rebeller och regimstyrkor, med stöd av Hizbollah och nationella försvarsstyrkor, i de södra delarna av Khalidiya grannskapet", sade den.
Regimstyrkorna bombarderar delar, och militära förstärkningar anländer när framskridande regimstyrkor försöker etablera full kontroll.
Oppositionsaktivisterna berättade för AFP:s nyhetsbyrå att omkring 90 procent av Khalidiya nu kontrollerades av armén. Man berättade för Associated Press att slaget om distriktet var "nästan över".
På söndagen sände den arabiska TV-stationen al-Mayadeen, som ses som nära den syriska regeringen, bilder av Khalidiya, som visar kraftigt skadade byggnader och högar av spillror.
Den visade också bilder av det inre av den historiska Khaled bin Walid moskén, en brännpunkt för regeringsmotståndare. Troops uppges ha gripit den på lördag, dagar efter aktivister anklagade dem för att skjuta granater vid graven av Khaled bin Walid, en vördad figur i Islam.
Endast den gamla staden Homs och några andra distrikt hålls fortfarande av oppositionen. På måndagen bombade regeringen Bab Hud-distriktet i Gamla stan, strax söder om Khalidiya, enligt det syriska observatoriet.
Syriska regeringsstyrkor har till fullo tillfångatagit ett distrikt som var ett viktigt rebellfäste i centrala staden Homs, rapport från statliga medier.