Рязань была по тем временам довольно крупным городом. Ее население достигало 20–30 тыс. человек и в случае военной опасности могло выставить 3–4 тыс. вооруженных бойцов. Кроме того, в Рязани при приближении монголотатарских полчищ собралось население мелких городков и сел Рязанской земли, а также остатки войска, уцелевшие после сражения на рязанских рубежах. Оборону города возглавил великий князь Игорь Рязанский. Он надеялся отсидеться за крепкими городскими стенами, пока не подойдут подкрепления с севера, от великого владимирского князя.
Город, стоявший на берегу реки Оки, был хорошо укреплен. С трех сторон Рязань защищали мощные земляные валы, а с четвертой — крутой речной берег. Как показали многолетние раскопки городища Старой Рязани советским археологом А. Л. Монгайтом, эти валы достигали 10-метровой высоты и имели у основания ширину 23–24 м. Перед валами были выкопаны рвы, достигавшие глубины 8 м. Кроме внешних валов, в Старой Рязани имелся построенный в древности внутренний вал, который тоже мог быть прикрытием обороняющимся. Рязанская крепость неоднократно достраивалась и укреплялась. Археологическими раскопками установлено, что в насыпи вала имеется пять прослоек черной плотной земли, которыми отмечены пять строительных периодов.
На гребне вала, окружавшего Рязань, высились деревянные укрепления — «тарасы». Они состояли из двух параллельных бревенчатых стен, соединенных между собой короткими поперечными стенками и заполненных утрамбованной землей, камнями, глиной. Такие стены отличались большой прочностью.
Когда передовые отряды монголо-татар подступили к Рязани, осажденные устроили вылазку. Племянник великого рязанского князя, князь Роман Ингварович, вышел со своей дружиной из города и напал на монголо-татар. Однако силы были слишком неравными. Князь Роман Ингварович потерпел поражение и бежал с остатками своей дружины на север, на соединение с войском великого князя владимирского (позднее он участвовал в битве с монголо-татарами при Коломне). Осада Рязани началась. Монголо-татары со всех сторон «оступиша град». Зачернели на заснеженных пригорках ханские шатры, затрепетали на морозном ветру бунчуки темников и тысячников. Велика была вражеская рать. Семь высокородных ханов, потомков императора монголов Чингиза, сошлись со своими «туменами» под стенами Рязани: Батый, Орда, Гуюк, Менгу, Кулькан, Кадан, Бури. Никогда еще не видели рязанские поля и перелески такого великого множества чужих всадников, многотысячных табунов лохматых степных коней, неисчислимых стад, диковинных осадных машин на бревенчатых полозьях.
Тысячи пленных из рязанских городов и сел, подгоняемые плетьми монгольских всадников, валили лес, тесали бревна и волокли их к стенам — строили «острог» вокруг Рязани, чтобы предупредить попытки осажденных прорваться или получить подкрепление.
Отряды монголо-татарских лучников, прикрываясь обшитыми бычьей кожей щитами, подбирались под самые стены, поражали защитников длинными стрелами. Непрерывно работали огромные камнеметы — «пороки». Тяжелые камни долбили ворота и стены, расшатывали бревна частокола, сбивали верхушки башен.
После обстрела начался штурм города. Глухо застучали барабаны, привязанные к седлам сотников, и тысячи монголо-татар с криками бросились к стенам. Враги остервенело лезли по штурмовым лестницам, падали, пораженные камнями и стрелами, заживо сожженные кипящей смолой, ослепленные золой и песком. Их сменяли новые толпы. Подступали, разбивались о крепость стен и стойкость защитников и снова лезли. Монгольские военачальники применили тактику, уже не раз испытанную при осадах китайских и среднеазиатских городов, — штурмовать, сменяя «тумены», день и ночь, беспрерывно, неослабно, чтобы до решительного штурма измотать осажденных.
Так продолжалось пять дней. Рязанцы отбивали все приступы. Но поредели ряды защитников города, некем уже было заменить раненых. Изнемогла Рязань в неравной сече.
На шестой день начался решительный штурм Рязани. Батый подступил под стены всей своей силой. Толпы монголо-татар бросились на город — одни с горящими факелами, другие с топорами для прорубания стен, третьи с штурмовыми лестницами и камнеметными машинами — «пороками».
Не устояла Рязань. Ушла сила из рук воинов, измученных пятидневной непрерывной сечей, притупились от ударов мечи и копья, иссеклись шеломы и кольчуги, уходила жизнь с кровью многочисленных ран.
Сразу во многих местах перевалили монголо-татары через стены, хлынули в город, безжалостно убивая жителей.
21 декабря 1237 года столица Рязанского княжества пала. Город был подвергнут страшному разгрому. «Град Рязань пожгли весь и князя их Юрия убили», а жителей «одних рассекали мечами, а других стрелами стреляли» — в таких словах говорит о разорении Рязани суздальский летописец. Князь Ингвар Ингварович, вернувшийся в разоренную Рязань из Чернигова, застал картину полнейшего запустения: «Множество мертвых лежали, и град разорен, земля пуста… только дым, и земля, и пепел». Некому было даже оплакивать мертвых — все равно испили одну смертную чашу.