九月，蒙军进围蔡州，标志着蔡州之役的开始。十月，南宋以孟珙为统帅，领兵二万，运粮三十万石，履约与蒙军合攻蔡州，十一月抵达蔡州城南，受到蒙军统帅塔察儿的欢迎。双方划定围城地界，约定互不侵犯，同时相互配合攻城。
但金军顽强守城，战争十分激烈。蔡州被围三月，城内物价腾贵，粮食断绝，居民以人畜骨和芹泥充饥，哀宗杀厩马五十匹、官马一百五十匹给将士食用。
天兴三年（1234年）正月十日，蒙军攻西城，宋军攻南门。哀宗见城破在即，传位给东面总帅完颜承麟，指望他杀出蔡州，再图恢复。其时，蔡州城已被攻陷，哀宗自缢身亡。完颜仲德率领一千金军精锐，与蒙宋联军展开了激烈的巷战。听说哀宗已死，仲德也投汝水殉国，追随投河自杀的金朝将士达五百余人。末帝承麟被乱兵所杀。金亡，立国凡一百二十年。
国亡身死前，金哀宗说了番自鸣不平的话：“我做太子十年，人主十年，自知无大过恶，死也无恨。所恨的就是国家社稷到我而绝，与历来荒淫暴乱之君同样亡国，惟此让人愤愤不平！”于是，元代郝经有“天兴不是亡国君”的议论。