Хулагу упрекнул Байджу за то, что он не продвинул власть монголов дальше в Персию и Ирак. Он направил халифу письмо, в котором отметил, что тот не обеспечил войска для войны против ассасинов, и напомнил о том, как много государств пало под натиском монголов. Также он потребовал, чтобы халиф немедленно разрушил оборонительные сооружения столицы и лично прибыл в лагерь хана. Получателем этого высокомерного послания был человек, вероятно менее всех достойный тридцати семи предводителей правоверных, правивших в Багдаде. Слабый, тщеславный, некомпетентный и трусливый Мустазим никогда не проявлял ни следа государственной мудрости и благородства. А его глупая уверенность в политической и военной мощи, вероятнее всего, намеренно поддерживалась визирем, который рассчитывал с помощью монголов заменить Аббасидов на потомков Али. Его звали Ибн аль-Альками. Джузджани утверждает, что он предал халифа, ослабив оборонительные сооружения Багдада и убедив Мустазима не спасаться вниз по реке в Басру. Он не сумел добиться, чтобы после падения города его назначили правителем, и тремя месяцами позже умер от угрызений совести. Но Ибн ат-Тиктака писал около 1300 года, что визирь тщетно пытался заставить халифа понять всю серьезность положения, но его скупой хозяин не желал тратить средства на оборону Багдада. Оба историка были активными участниками суннитско-шиитской ссоры, и сейчас уже невозможно установить, кто больше достоин доверия. Халиф дал не менее высокомерный ответ: дом Аббаса будет твердо стоять до дня Воскресения, ведь все, кто нападал на Багдад раньше, погибли. Мусульмане с востока и запада служат при его дворе и будут защищать его. У него многотысячное войско, способное «осушить волны моря». В заключение он посоветовал Хулагу, молодому человеку, только начавшему свою карьеру, удалиться в Хорасан. На монгольских послов напала толпа на улицах города, и Хулагу сосредоточил свои силы против обреченного города. Байджу получил приказ идти от Рума через Мосул, чтобы блокировать Багдад с западной стороны. Кед-Бука подходил из Луристана. Контингенты Золотой Орды, которыми командовало три племянника Батыя, приблизились со стороны Курдистана, а сам Хулагу вел главные силы из Хулвана. Армия халифа, насчитывавшая 20 тысяч человек, сдержала первый натиск, но монголы разрушили плотины и затопили вражеский лагерь. Тысячи людей утонули, а уцелевшие вернулись в город, где их рассказы, несомненно, сломили волю защитников. В 1258 году блокирование города было завершено. Начался общий штурм. Недельный обстрел разрушил башню, примыкающую к воротам, что позволило нападавшим ворваться внутрь. Была захвачена вся восточная стена, пресечено отступление вниз по Тигру, и, когда Хулагу отказался разговаривать с послами, Мустазим утратил последнюю надежду. Он решил сдаться. 10 февраля он вышел из города в сопровождении сыновей, министров и знати. Хулагу велел ему отдать приказ о прекращении сопротивления. Когда это было сделано, монголы ворвались в город. Грабежи и убийства длились целую неделю. Данные о количестве убитых разнятся и имеют тенденцию к резкому увеличению по мере удаления историка во времени и пространстве от описываемых им событий. Чан-те, китайский посол, отправленный Мунке к Хулагу в 1259 году, пишет о многих десятках тысяч убитых. Джузджани, живший в Индии, приводит цифру 800 тысяч, а Макризи, египетский историк XIV века, утверждает, что погибло 2 миллиона человек. Население Багдада, всегда значительное, увеличилось из-за притока беженцев, тщетно надеявшихся найти спасение за крепкими городскими стенами.
Несчастный халиф был вынужден неохотно отдать свои сокровища, попутно выслушивая насмешливые упреки в том, что лучше бы он использовал их для укрепления обороны. Его дворец, большая мечеть, гробницы Аббасидов и многие постройки были разрушены и сожжены. Культурное наследие, накапливавшееся в течение пяти веков, было уничтожено. Арабская цивилизация получила сильнейший удар, от которого так никогда и не оправилась окончательно. Самая известная история о падении Багдада повествует, как халиф был заперт в башне, полной серебра и золота, и оставлен голодать посреди богатства. Ее рассказывают армянские историки Григор Акнерци и Хетум монах, а также западные авторы, Жуанвиль и Марко Поло, описана Лонгфелло, но прослеживается только до 1300 года. Ее источник, безусловно, рассказ Насир ад-Дина Туей о беседе между Хулагу и Мустазимом. Хулагу поставил золотой поднос перед Мустазимом и велел ему съесть его. Получив ответ Мустазима, что золото несъедобно, Хулагу спросил, почему тогда он не использовал его для оплаты солдат, которые могли его защитить. Халиф ответил, что такова была воля Бога. «То, что случится с тобой, – сказал Хулагу, – тоже будет волей Бога».