公元一二一一年九月初，成吉思汗下诏，任命大蒙古国王爷哈萨尔为攻打金国西京大同府的主帅，第一路军第三万人队万户长术赤为前军主将，第四路军指挥使木华黎为中军主将、第三路军副指挥使带都剌沙合尔刚任后军主将，调集第一路军术赤的第三万人队、第四路军六万汉人攻城步兵、第三路军三万契丹后勤步兵，共计十万蒙古大军进攻大同府。成吉思汗则率领剩下的十五万人马继续在桓州、昌州、抚州训练、休整，并做出一副准备进攻金国中都的样子。
蒙古大军向大同府进的时候，驻守桓州的骑兵离西京最远，其次是驻守昌州的后勤步兵，再次是驻守抚州的攻城步兵。
术赤带着成吉思汗的圣旨，率领一万蒙古骑兵从桓州出，两日后来到昌州，宣读成吉思汗诏书后，命令带都剌沙合尔刚率领三万契丹后勤步兵两日内备齐粮草向大同府进。
术赤所部继续前行，又过两日来到抚州，向哈萨尔、木华黎宣读了成吉思汗的圣旨。哈萨尔接旨后，命令术赤所部继续前行，他则和木华黎集结六万步兵后也立即向大同府出。
九月初五，术赤率领一万蒙古骑兵开到西京大同府正门（即东门）城下。术赤命令全军一边封锁大同府四道城门，一边进行休整，等到步兵部队、后勤部队开到后，就向大同府起进攻。
九月初十以后，哈萨尔、木华黎率领的六万步兵和带都剌沙合尔刚率领的三万后勤步兵陆续来到大同府城下。
九月十五日凌晨，哈萨尔向全军下达了进攻大同府的命令。
一万蒙古骑兵下马轮番上阵向城墙上放箭，六万步兵架起长梯轮番攻城。为了保存实力，哈萨尔命令全军不必强攻，只需疲劳金兵即可。
大同府历史悠久，古名平城县，春秋时期即戎狄所居。战国时期初为代国，后并入赵国。秦始皇统一中国后，废分封制，立郡县，平城县为雁门郡之地。西汉沿袭秦郡县制，其地仍为雁门郡之地，属并州刺史部。北魏时期更名为大同府，并立为京城。唐朝时期更名为云州。辽国时期更名为西京大同府，为五京之一，后为金国所占，仍为西京大同府。
大同府城池是在秦汉时期的平城县、北魏京城和唐代云州故城原址上修建的，城墙周长大约三十里，设四道城门，城内设西京留守司衙和大同府衙，西京留守是金国西部地区的最高行政长官，大同府尹则是大同府的最高行政长官。统二州七县：弘州、德州，大同县、云中县、天成县、长青县、奉义县、怀仁县、怀安县。大同府城墙高大稳固，易守难攻。大同府所在地区是一个小盆地，周围有白登、采凉山、恒山、宁武等诸山环绕，是守卫西京大同府的的天险。
此时西京大同府兵仅有两万步兵，胡沙虎把他们全部派到城墙布防，又征集十万预备军上城墙协同布防。同时派出四路快马搬救兵，一路向东回中都告急，一路向南命令山西各府派兵增援，一路向西命令陕西各府派兵增援，一路向北命令特末也率军回撤。
特末也率领女真骑兵西路军一万人马急行五天后，第六天中午就来到胜州以南三十里处。特末也命令全军安营扎寨，派出哨探前去胜州打探军情。到了黄昏，哨探来报，嵬名令公率领西夏大军正在围攻胜州，虽有十万之众，但战斗力并不强，那些士兵都是新召而来，绝大多数都是十多岁的娃娃兵，只有极少数军官配有战马。而胜州作为边塞外重镇，城墙高大稳固，有五千人马布防，还有两万预备军协同防守。西夏大军连续攻城五天五夜，不但没有越城池半步，还搞得十分疲惫。
特末也命令全军好好休息一下，明天早上起进攻。
次日凌晨，特末也命令全军饱餐一顿，即以冲锋的度向西夏大军起进攻。
西夏大军正在围攻胜州，不想女真骑兵挥舞马刀从背后杀来，猝不及防，很多被砍翻在地。嵬名令公没想到刚被蒙古骑兵重创的女真骑兵还是如此神勇，只得率领大军后撤。女真骑兵一路追杀，西夏大军一边放箭一边后撤。
西夏大军虽然目前没有成建制的骑兵，但是弓箭还是挺充足的，冲在前面的女真骑兵有不少被射落马下。特末也心想毕竟西夏大军十万之众，就返回胜州城内休整。
此时女真骑兵西路军的也只剩下三千人马，他们以胜利者的身份返回胜州休整了两天，特末也就收到胡沙虎要求马上回师增援西京大同府的命令，只得马上率领女真骑兵往西京赶。
这次女真骑兵回到距离还有西京一百里处，特末也就命令全军安营扎寨了，还是派出哨探到西京附近打探军情。晚上哨探来报，十万蒙古大军已将西京围的水泄不通。
特末也也是聪明人，他知道此时带三千骑兵冲上去等于送死，于是按兵不动、静观其变。
与此同时，完颜永济也收到胡沙虎的军报，他以为是蒙古大军主力进攻大同府，不敢怠慢，急令完颜九斤为主帅，完颜纲为副帅，率领女真骑兵中路军十万骑兵、东路军三万骑兵、中都大兴府兵七万步兵，共计二十万人马驰援胡沙虎。
蒙古大军围困大同府十天后，城内金兵已经十分疲惫。城南、城西也陆续有零星金兵前来增援，都被术赤所部骑兵杀散了。
这时哈萨尔收到女真骑兵中路军十万人马准备增援大同府的军情，觉得这样围困下去不是办法，于是命令全军强攻大同府。采用的战术还是成吉思汗“倒土跑马上城”的方式。
九月二十五日凌晨，哈萨尔下达了强攻大同府的命令。木华黎指挥六万步兵到大同府郊外掘土装包，带都剌沙合尔刚指挥三万步兵驱赶牛马将土包运至大同府城下，术赤则指挥骑兵向大同府城墙的金兵放箭以掩护步兵堆放土包。
胡沙虎知道蒙古大军一旦把土包堆到城墙上，那城墙也就算被攻破了，于是他疯狂的命令士兵朝城墙下面放箭、扔石块。很多蒙古步兵被砸死、砸伤，但还是继续搬运土包。
此时的女真骑兵西路军已经运动到大同府城南一百里处。特末也派出他的侍卫长挑选一百名武艺高强的骑兵来到大同府城南的一条入城秘道，他们从秘道进入大同府找到胡沙虎，告诉胡沙虎如果抵不住了就从秘道往外撤，特末也将军在城南百里处等他。
到了黄昏时分，胡沙虎眼见蒙古大军就要把土包堆到城墙上了，胡沙虎大喊道，快射！射死这些蒙古人，他们如果攻上来，我们全部都会被杀死的。
胡沙虎喊完后，悄悄往后撤，在特末也派来的一百名骑兵的掩护下，经过秘道撤到了城外，然后向南逃去。
哈萨尔见土包已经堆到城墙上了，就对术赤说，可以率领你的一万骑兵冲上城了。
于是术赤拔出佩刀，命令他的所部骑兵，给我冲！
一万蒙古骑兵赶紧上马往城墙上冲。
术赤也跟着冲上城。
紧接着哈萨尔、木华黎率领六万步兵，带都剌沙合尔刚率领三万步兵，先后也攻上城墙。
守城士兵见主帅都不见了，也是军心大乱，纷纷丢盔弃甲的逃跑。
战斗结束后，大同府城墙上已是血流成河，经打扫战场，清点伤亡，十万金兵留下两万多具尸体，加上之前被蒙古骑兵射死的，估计约有三万金兵战死，有两万多金兵投降，还有四万多金兵逃的不知去向。但蒙古大军也有一万多后勤步兵和几千攻城步兵战死。
哈萨尔把投降士兵全部编入蒙古步兵，汉人籍的编入攻城步兵，契丹籍的编入后勤步兵。
军队重编后，哈萨尔命令全军一边休整，一边布防，准备抵御前来增援西京大同府的金兵。
而完颜九斤率领二十万人马才行至宣德府，就收到西京大同府破城的军情，同时又收到攻破大同府的只是蒙古大军一支偏师、而成吉思汗准备率主力从北方进攻金国中都的军情，于是停止前进，派快马回中都请旨。完颜永济也收到了这两条重大军情，只得命令完颜九斤就地休整练兵。