9月，蒙軍圍攻蔡州。金朝魯山元帥率領1000多人援助蔡州，在趕往蔡州的途中邊戰邊行，到蔡州的時候隻剩了500多人。息州忠孝軍元帥榮八兒、王山兒等也都領軍趕到蔡州增援。金哀宗也分軍防守蔡州四麵。忠孝軍蔡八兒領百餘人潛出城外，渡過汝水，向蒙古軍襲擊，但毫無效果，蒙古軍在城外築起長壘，團團圍困蔡州城。依照蒙古人的習慣，他們是絕對不會白白犧牲自己將士的生命去強攻城池的，屢試不爽的辦法就是圍困，讓饑餓與疾病將城市摧垮。
在圍困汴京時上演的一幕又在蔡州上演了。蔡州城內糧食基本耗盡，哀宗被迫將城中所有的小米集中起來，禁止釀酒以節省糧食，同時放城內饑民老弱出城，又發給饑民船隻，讓他們到護城壕附近采菱芡水草充饑。
城外的人卻很愜意，11月，宋朝孟珙帶領宋軍到達蔡州城下，同時30萬石糧食也交給了蒙古軍。宋軍到達之後，與蒙古軍進行分工，宋軍攻打南麵，蒙古軍則負責東、西、北三方。
蔡州所有的男子都參加了守城，身體素質好的婦女也穿起男子衣服參加運石頭。金軍憑借城防工事頑強抵抗，蒙軍損失巨大。
蔡州城西十裏有練江，城南三裏有柴潭，柴潭是蔡州城垣的屏障，金在南麵的防守是憑借柴潭進行的。可是，潭水比汝水高出五六丈，宋軍發現了其中的竅門，於是決定鑿堤，將潭水都放入汝水，之後派人將空潭全部填平，蒙宋軍隊由此順利攻城。蒙古軍也將練江掘開，蕭乃台、史天澤從城北偷渡入城，與金軍展開血戰。
12月，蒙古軍攻破蔡州外城，金外城守將宿州副總帥高臘哥戰死。19日，蒙古軍攻破西城。忽斜虎先在城內築柵浚濠，蒙古軍不能前進。24日，金哀宗率領士兵乘夜出東城逃跑，到城柵處與蒙古軍相遇，被迫退回。
1234年1月，城中軍民已餓得慘不忍睹，這座孤城被攻破隻是時間上的問題了。金哀宗感歎道：“我做金紫光祿大夫十年，太子十年，皇帝十年，自認為無大過，死也無憾了。所恨唯有祖宗傳下來的江山已經百年了，倒要葬送在我的手裏，與自古的荒淫亂國之君同樣亡國，我心有不甘啊！”9日，蒙古軍在西城鑿通5個門，整軍入城，忽斜虎督軍巷戰，一直激戰到傍晚才將蒙古軍擊退。
當夜，哀宗看到蔡州不守，當著百官的麵傳位給東麵元帥完顏承麟，承麟又拜又哭不敢接受。金哀宗說：“我傳位給您，也是迫不得已的。我的身體肥胖，不便於騎馬逃跑，城陷之後難以逃跑。你平日裏以矯健聞名，而且有大將之才，萬一能逃得出去，能使國祚不絕。”
第二天早晨，完顏承麟草草地履行儀式受詔即帝位，而城南已樹起宋朝旗幟，典禮結束，眾人立即出門迎敵。宋軍攻下南城，烏古論鎬被俘，烏林答胡土戰死。蒙古塔察兒軍攻破西城，忽斜虎領精兵1000巷戰。從卯時堅持戰鬥到巳時。
而就在外麵喊殺聲震天的時候，金哀宗獨自一人在幽蘭軒中上吊自殺，完顏斜烈最先發現哀宗已死，他找來另五位大臣一起自盡於哀宗的屍體旁，完顏絳山則奉命將幽蘭軒引燃……
剛剛即位的新君完顏承麟帶人退保子城，隨後被亂軍所殺。
在城的另一邊組織抵抗的完顏忽斜虎見大勢已去，便對諸將說：“我們的皇上已經駕崩，我們還打什麼，我們不能死於亂兵之手，我要跳汝水自盡，跟從我的都是條漢子，諸位好好想想吧！”將士們激動地說：“相公能死，我等有何不能！”於是參政孛術魯婁室、烏林答胡土、總帥元誌、元帥王山兒、紇石烈柏壽、烏古論桓端及軍士500多人一起投河自盡。
至此，金帝國在蒙宋的夾攻之下滅亡。但與金朝南北對峙近百年的宋朝也於1279年滅亡於元朝，吃到了自己種下的苦果。