军由哈马丹向报达进军。在进军途中，旭烈兀依然遣使谕降，而木思塔昔木以蒙古退兵为出降条件。蒙古军继续前进，在1258年初，三路军陆续到达指定地点。哈里发的军队出城迎战，蒙古右翼军决堤放水，淹没了哈里发军后方的草原，击败了他的军队，一万多人被杀，无数人落水和陷入淤泥之中，只有少数人逃归。蒙古军到达报达城下，驻于底格里斯河畔。同时，怯的不花的左翼和旭烈兀的中军也相继赶到。
一月二十九日，双方开始交锋，战斗激烈地进行了六昼夜，旭烈兀一方面指挥攻城，一方面将诏敕射入城内，表明饶恕伊斯兰教法官、学者、司教、阿里后裔、也里可温（基督教徒）和一切不进行抵抗的人。二月初，报达东面城墙被攻破。同时，蒙古军又在河上架桥。在船上安放石炮，狙击那些企图乘船逃跑的人。哈里发在无力抵抗的情况下，派遣他的儿子和一些官员出城请降，遭到拒绝。十日，哈里发本人率领他的三个儿子、三千圣裔（赛夷）、教长、伊斯兰教法官、达官贵人和大臣们出城请降，旭烈兀命向城里人发布命令，让他们放下武器出城，当人们放下武器走出来时，却全部被杀。
旭烈兀进城，在哈里发的宫殿举行庆祝大会，将哈里发府库中地面上的财宝赏赐给异密们和在场的人，并挖出了他埋藏在宫中水池下面的大量赤金。然后，下令对哈里发的后宫进行统计，应哈里发的请求，将七百名后妃中的一百名近属和亲人留给了他，没收了哈里发的全部财产，使阿拔斯王朝“六百年间聚集起来的一切东西，像群山般地堆集在汗帐的周围”8。哈里发木思塔昔木获准在完成法定的净洗后被处死，阿拔斯家族成员只有哈里发的幼子八剌沙
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