这日，蒙古军的长垒修筑完成，立刻在城下举行了声势浩大的阅兵，准备攻城。
日暮之前，蒙古军发动了一次试探性进攻，进攻的目标并不是蔡州主城，而是周边的四个关城。
这四个关城是完颜仲德临时修筑，不仅能用来驻扎和部署较多的兵力，储备足够的兵器、粮食和军用物资，还能直接供应和支援关城所管辖范围内城墙上的防御作战，它又是封锁突破口、保障纵深内控制的兵力、反击入侵之敌和堵塞突破口的有力支撑。
而蒙军这边也有城池攻防专家张柔，他在修筑长垒的时候就注意到这四个关城将对进攻一方产生巨大的威胁，故此长垒修筑之后的第一战，便是摧毁关城。
完颜仲德没有预料到蒙军的意图，被打了个措手不及，张柔率领河北汉军，在史天泽的配合之下焚毁城郭外围的四个关城后撤兵。
金国的关城被毁，士气受挫，完颜仲德无奈之下终于接受麾下将领提议，夜袭蒙军来重新鼓舞士气。
夜幕降临，当出城的金军偷偷靠近城外长垒之时，蒙古军各部同时点燃营火，城头的守军望见远处忽然亮起一道巨大的火圈，将整个深蓝色的夜幕点亮，战鼓此起彼伏，完颜仲德才知道蒙军早有准备，连忙鸣金退兵。
夜袭的金军被迅速击败向城内溃退，但好在完颜仲德在城下埋伏了一支接应的伏兵，在蒙军想趁机追着金军溃兵入城之际，突然杀出，羽箭如飞蝗，蒙军黑暗间遭袭，也折损了一些兵马。
又是一个黎明，蒙军还未开始全面攻城，忽然发现北城门中跑出不少百姓。
这是嫌蒙军征召的签军、民夫不够么？蒙军将领也弄不明白这是怎么回事。
原来，完颜仲德强征城中粮草之后，守城官兵享受每月固定的配给，还可勉强糊口。可普通百姓虽说限留八斗，但这是最高额，大多数人恐怕连八斗存粮都没有。城中粮价飞涨，百姓自然也买不起。
于是，万余名饥民聚集内城大呼喧闹，完颜守绪、完颜仲德等金国君臣担心这些饥民作乱，又担心围城下去粮食不够，自然也不敢开仓放粮，故此想出了一个匪夷所思的办法，就是放这些百姓出城自己觅食。只不过担心引起混乱，每日每座城门仅允许出城一千人。
这样，几日内，城中便少了万余饥民，城中的粮食危机缓解，但又出了其它问题。不久城头望楼上的斥候就发现，出城的饥民为了活下去，向蒙军透露城中防守的虚实，不断有饥民模样的人与蒙军一同来到城下，对着城防指指点点。
完颜仲德恐惧，立刻停止城内饥民再出城。但势头已经难以控制，居然出现守城的低级军官，偷偷开城带着几百百姓出城投降的事情。
完颜仲德无奈，只能将几个城门堵死，可城中饥民就开始吃人。经常有半路行人被伏击杀死，饥民将其烹杀食用，惨不忍睹。
完颜仲德铁腕施压，但并不能减缓饥荒对人心的压迫，杀入吃人之事根本控制不住，白天在巡营的监督下饥民不敢出来作乱，但到了晚上，以吃人为目标的打家劫舍逐渐开始。
不久，军队士兵也忍受不了饥饿的折磨，加入行列，最后连低级军官都参与其中，组织整队的士卒趁夜出门觅食。
为了缓解粮食供应压力，金军杀了一批驮马给城内供应，又派船只出城捕捞汝水中的鱼虾，一开始他们收获颇丰，后来引起了蒙军的注意，在一次围歼战中，出城捕捞的金军被伏击，全军覆没。
蒙军一日又一日大规模攻城，他们推着器械、大声鼓噪，喊杀声震天。
尽管蔡州周边水道纵横，土质松软，不便挖掘地道，但是，大批抛石机、攻城塔、攻城锤和云梯，还是从东西南北四个方向，向城墙逼近，声势骇人。
攻坚战中，双方的人命和粮草在大量的消耗，完颜仲德不愧是城防专家，不断得将各种器械搬上城头，来消耗蒙军的体力、士气和性命。
但蒙军多出来万余百姓做炮灰，每日里消耗的其实就是河南百姓的性命，双方已经不再顾忌百姓的性命，那么这些百姓也开始大规模脱离蔡州向宋境逃跑。
十一月一日，蒙军驱动百姓掘开了练江的河堤，引河水外流，将蔡州西、北两门的护城河水掏空，只露出光秃秃的河床，蔡州从此失去了最大屏障。
接着蒙军开始填河床，无数的土包被百姓抱着向护城河中填去，城上的砲矢齐飞，将这些百姓击碎，这些尸体也被后面再补上来的百姓推入河床之中。
又过几日，蒙将兀林荅胡土率领兵马突破了西门外的羊马墙，蒙军士气大振。尽管金国坚壁清野，但蒙古军耗费时日打造的攻城器械终于发挥了作用。他们将大名砲推近，对着西门猛砸。
从出城的百姓、俘虏口中得知，西门外城是四城门中最薄弱的一处，果然猛烈的轰击下，城墙终于坍塌了一大片，蒙军随后朝着缺口杀入城中。
西城很快便被攻破，但完颜仲德的城门设计中不但有外城，还有内城，外城被蒙军突破之后，金军早有预案，快速退守内城。
蒙军忽然发现，而他们进入外城之后四周的房屋早被拆了个空，大大小小的树木也砍得干干净净，只有一片空墙。金军在内城之上修建了无数的堡楼、硬栅，并凭借这些防御工事向他们猛烈发射箭矢、砲石。蒙军一时间也伤亡惨重。
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