За 16 переходов, через Тверь и Ярославль, войско монголов вышло на реку Сить. 4 марта 1238 г. монголы по командованием нойона Бурундая обрушились на русский лагерь, где княжеские рати поспешно только лишь строились к битве. По словам южнорусского летописца, Юрий «изъехан бысть» к татарами, «не имеющу сторожей». Согласно новгородской летописи, владимирский князь успел снарядить воеводу Дорожа с сторожевым полком, но сделал это слишком поздно, когда ничего нельзя было поправить. Воевода выступил из лагеря, но тут же «прибежал» назад с вестью, что ставка окружена: «а уже, княже, обишли нас около». Владимиро-Ростовская летопись описала битву с помощью трафаретной фразы: «сступишеся обои и бысть сеча зла». Однако южнорусские и новгородские летописи подчёркивают, что Юрий не оказал татарам сопротивления: «нача князь полк ставити около себе и се внезапу татарове приспеша, князь же не успев ничтоже побеже». Монгольские источники подтверждают, что сражения на реке Сить фактически не было. «Князь той страны Георгий старший убежал и скрылся в лесу, его также взяли и убили». Новгородский летописец не решился записать слухи о смерти Юрия: «Бог же весть, како скончался; много бо глаголют о нём инии». В плен к Бурундаю попал ростовский князь Василёк. Татары стали «нудить» его «быти в их воли и воевать с ними». Василёк ответил отказом и был убит.
В течение февраля монголы разгромили 14 суздальских городов, множество слобод и погостов. Их передовые отряды заняли Тверь и вступили в пределы Новгородской земли. 20 февраля они приступили к осаде Торжка. Оборону города возглавил воевода Иванко и бояре. В течение двух недель татары пытались разрушить стены города с помощью осадных машин. Жители города отчаянно защищались, уповая на помощь Новгорода. Когда же надежда на помощь исчезла, они впали в «недоумение и страх». Город был взят. Захватив 5 марта Торжок, татары двинулись через Осташков и Старую Руссу к Новгороду, «все люди секуще аки трава». Их разъезды появились в 100 вёрстах от Новгорода. Однако возле урочища Игнач Крест монголы повернули назад.
Переяславль был последним городом, который монгольские царевичи взяли «сообща». Под Переяславлем монголы собрали совет и идти «решили туменами (в тумене числилось 10 000 воинов.), облавой и всякий город, области и крепость, которые им встретятся, брать и разорять». Разгромив рязанские и владимирские полки, Бату и его братья решили вернуться в степи, отказавшись от похода на Новгород, Смоленск и города Южной Руси.
На обратном пути Бату вошёл в пределы Черниговского княжества и попытался с ходу захватить небольшую крепость Козельск. Город был столицей малолетнего князя Василия и не имел значительного гарнизона. Население города могло рассчитывать лишь на свои силы. Жители знали, что татары убивают всех пленных, и предпочли смерть в сражении гибели в плену. Русские и монгольские источники одинаково определяют длительность осады – от семи до восьми недель. По словам Джелал-ад-Дина, Бату осаждал Козельск два месяца и не мог овладеть крепостью. Потом прибыл сын великого хана Кадан и царевич Бури и взяли город в три дня. Южнорусский летописец подробно описывает последние дни осады. Татары до основания разрушили стены крепости и пытались ворваться внутрь, «козляне же ножи резахуся с ними». Неожиданно для врагов защитники города открыли ворота, ворвались в татарский лагерь и «исскоша пращи их». Жители Козельска сопротивлялись, пока не были перебиты до последнего человека. Бату потерял за время осады 4 тысячи воинов. Месячная задержка под Козельском показала, что в конце похода монгольское войско стало терять боеспособность. Бату потратил три месяца на разгром Северо-Восточной Руси и два месяца стоял под Козельском. Ему надо было дождаться возвращения из облавы всех монгольских отрядов. Половцы не сложили оружия, и монголы должны были собрать армию в один кулак перед тем, как возобновить завоевание Дешт-ы-Кыпчака и Северного Кавказа.
Бату не мог завоевать Русь в течение одной кампании. Его войско понесло большие потери. Наступила весна, и монголы лишились возможности использовать замёрзшие реки для перевозки осадных машин. Монгольские войска с трудом двигались по узким лесным дорогам. Направляя главные силы Монгольской империи на запад, великий хан и его знать определили половецкую степь Дешт-ы-Кыпчак как главную цель завоевательного похода на запад. Эта задача однозначно была выполнена.