W grudniu 1257 roku Mongołowie przybyli pod Bagdad i pod dowództwem Bajdżu i Buki Temüra niemal doszczętnie zniszczyli armię (złożoną w większej mierze z ochotników z miasta), która początkowo zatrzymała pochód ich awangardy, odcinając jej odwrót poprzez przerwanie wielkiej tamy i zatopienie stepu na jej tyłach.
Oblężenie Bagdadu thumb|200px| Mongołowie oblegają Bagdad – ilustracja z ok. 1303 roku Teraz armia Hulagu mogła przystąpić do oblężenia, stopniowo otaczając miasto pierścieniem swoich wojsk i wałem. Tymczasem gdy Mongołowie podeszli pod Bagdad, kalif udawał beztroskę i niewzruszony przyglądał się tańcom swoich niewolnic, dopóki jednej z nich nie przebiła mongolska strzała. 29 stycznia 1258 (22 muharrama 656 A.H. według kalendarza muzułmańskiego) armia Hulagu rozpoczęła szturm miasta i dokonała wyłomu w Bramie Cudzoziemskiej. Wtedy Al-Mustasim wyprawił do chana wezyra, przekazując: Władca polecił mi przysłać wezyra. Słowa dotrzymałem posyłając go. Godzi się, ażeby władca dotrzymał swojego słowa.Ibidem, s. 42.. W odpowiedzi Hulagu stwierdził jednak, że taki warunek stawiał w Hamadanie, obecnie zaś zmuszony jest walczyć pod Bagdadem. Przybyłą następnego dnia kolejną delegację Mongołowie zawrócili. Przez kolejne sześć dób toczyły się zacięte walki.