二月初五，巴格达的东城墙已经被蒙古大军彻底占领，为了迅速扩大战果，他们开始加高这一侧的城墙，并在上面架设投石机和弩炮，同时在底格里斯河畔派出了一支骑兵日夜巡逻，河中央还安排一支兵马乘船巡逻，以防止城中的人逃离。
穆斯塔辛眼见情况不妙，急忙遣使去面见旭烈兀，假意投降，并亲自书写了降书让他们代为转交，意图拖延一下时间重新布置防御。
可旭烈兀在攻打木剌夷国的时候就吃过这个亏，正所谓吃一堑长一智，三番五次被骗肯定长记性，于是对于穆斯塔辛送来的降书视而不见，反令大军加快进攻速度。
穆斯塔辛无奈，只好命大军依托提前设置好的障碍层层抵抗。
至二月十日，穆斯塔辛见守军已经死伤殆尽，继续坚持下去也是徒劳，于是率城中权贵及阿里族人等三千余人出城投降，并下令城中残兵及百姓放弃抵抗。
为了谨慎起见，在将这些投降之人都抓起来之后，旭烈兀又让大军犁地一般地在城中扫荡了三天，于二月十三日才率军入城。
入城之后，为了泄愤，旭烈兀下令屠城，蒙古大军在城中整整屠杀了十七天，据记载，仅死亡人数就超过九万。
二月二十日，在被严刑拷打后，阿巴斯王朝的最后一任哈里发穆斯塔辛被旭烈兀于巴格达城皇宫外斩首，并将首级挂于城墙之上。
历经37代，传承503年，在世界历史上赫赫有名的黑衣大食——阿巴斯王朝就此灭亡。
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