Hülagü Bağdat'a vardığında orduyu bölümlere ayırdı. Böylece şehir her taraftan tehdit edilecekti. Abbasi ordusu, batıdan saldıran Moğol kuvvetlerinin bir kısmını geri püskürtmeyi başardı fakat sonraki çarpışmalarda yenildiler. Yapılan Düceyil Muharebesinde Moğollar, Düceyil Nehri'ndeki setleri yıkarak Abbasi ordusunu tuzağa düşürdüler, askerlerin neredeyse tamamı kılıçtan geçirildi ya da boğuldu. Daha sonra şehir kuşatıldı ve birkaç gün içinde de şehri çevreleyen surların tamamı Moğol ordusunun kontrolüne girdi. Mustasım anlaşma teklif etti fakat kabul edilmedi. Moğollar 13 Şubat 1258'de şehre girdi ve şehir bir hafta boyunca yağmalandı, halk katledildi.