塔察儿派大将张柔率领五千精锐士卒，正面攻城，金国守军奋力抵御，此刻箭矢如雨，张柔中箭摔落马下，宋军前锋拼死救出张柔，此番攻城再度宣布失败。
次日清晨，宋将孟珙率军展开新一轮的冲击，很快攻占了金军要塞之地——柴潭楼(今属河南汝南县城南三华里处)，掘柴潭水流入汝水，柴潭水干涸之后，蔡州自此失去了天然屏障。
《宋史》记载：蒙宋联军发起猛攻，外城守军的箭矢、石木等武器已经消耗殆尽，“金人驱其老稚熬为油，号‘人油包’人不堪其楚，珙遣道士说止之”。
金人开始杀掉老人和儿童，熬制人油，制作“人油包”，用以攻打攻城的敌军，其状惨不忍睹，孟珙派道士上前劝阻金人，停止禽兽不如的行为。
不久，蔡州外城被攻陷。
金哀宗召集身边的大臣说：“我在位十年，并没有做过大恶之事，死而无憾，我所恨的是，祖宗的江山传到我的手里就丢了，自古以来亡国之君都是暴虐之徒，我为此耿耿于怀!”
停了一会儿，金哀宗接着说：“自古无不亡之国，亡国之君或是成为阶下囚，或受辱于阶庭，被幽禁致死，朕绝不会那样，诸位爱卿有目共睹，朕意已决，抵御到最后一刻!”
就在金哀宗打算拼命的时候，炮兵主帅王锐杀害元帅夹谷当哥，率三十个亲信投降了蒙军。
金哀宗打算乘夜突围，却被联军设置的鹿角栅栏阻挡，一番厮杀之后，无奈返回城中。
联军效仿刘邦，玩起了心理战，明知道蔡州城守军已经饥渴难耐，联军却在城外烤肉撸串，开篝火晚会，一边喝酒吃肉，一边载歌载舞，欢声笑语随着肉香味儿一起飘进城中。
金国守军将士几乎要发疯，有人竟从城上用绳索顺下来，选择了向美味投降，这些俘虏对宋军说：城内已经绝食三天了，就连铠甲上面的皮革也都被煮熟吃光了，一些人开始换老弱相食以充饥。
守城将士的军粮是“人畜骨和芹泥”，这些奇葩食物也吃光了，就开始斩杀打了败仗的将士，“拘其肉以食”。
孟珙听到这些，认为时机已到，于是下令对正门发起总攻，蒙军同时也开始攻打西城门。
天兴三年(1234年)正月戊申夜间，金哀宗宣布禅位东面元师完颜承麟，完颜承麟推辞不受，金哀宗苦苦哀求说：“朕把这江山托付于你，这是迫不得已啊!朕身体肥胖，不便骑马厮杀奔驰，为了延续国祚，希望你