天兴元年（1232年）正月，金朝和蒙古在钧州三峰山之战决战，金朝惨败，军队主力损失殆尽，主要将领大多战死，灭亡进入倒计时。同月，蒙古军队围攻汴京，金朝军民进行了汴京保卫战，打退蒙古军队的进攻。然而，金哀宗统治集团迫于蒙古军队的威胁，不敢坚持抵抗，逃往蔡州，汴京、中京（今河南洛阳市）相继陷落。
天兴二年（1233年）九月，蒙军筑长垒包围蔡州城。金哀宗率群臣行拜天礼，乞求上苍保佑金国。礼成，金哀宗正赐将士酒，哨探报称蒙军数百薄城。将士踊跃，全都请求一战，感奋之下，金军出城接战，大败来犯蒙军。蒙军大帅塔察儿派数百精兵进攻东城，也被金军打败。“自是蒙古不复薄城，分筑长垒，围之。”
十一月，蒙古与南宋达成联兵灭金的协定。宋朝派遣将领江海、修武郎，京西南路兵马钤辖，鄂州兼江陵府副都统制孟珙率领宋兵两万人、粮食三十万石协助蒙兵攻蔡州。塔察儿率领蒙古军，孟珙率领宋军，分道进攻蔡州。金将万奴被擒。
十二月初，蒙军于息州击败金将武仙，海州、沂州、莱州、潍州等州遂向蒙古投降，正式完成对蔡州的包围。宋蒙军队内防金兵突围，外阻金兵入援。金哀宗迫于无奈，只好临时招募民兵御敌。民众为了保卫蔡州，连健壮的妇女也协助搬运守城所需的大石，金哀宗亦亲自抚军。
一日，金军忽开东门出战，想杀出重围，被宋军击败。审问俘虏后，孟珙得知蔡州城内已经断粮，认定金军要拼命，诫嘱宋军：“当尽死守住阵地，严防金军突围。”
塔察儿遣蒙古大将张柔率五千精卒奋力攻城，被蔡州守城的金军抵挡住，万矢齐发，张柔本人身中数箭，从高处摔落于地。危急之下，多亏孟鉷并宋朝前锋军冲出，努力拼杀，终于救得张柔一命。
转天一大早，宋将孟鉷率宋军忘死冲杀，夺取战略要地柴潭楼，掘柴潭入汝水。同时，蒙军也派兵决练江，“于是两军皆济”。柴潭水涸，蔡州已失天然屏障，在宋蒙联军的合攻下，蔡州外城很快被攻陷。守城金军急红眼，驱城中老弱孩童入大锅熬成热油，以此为防御“武器”，往下浇烫宋、蒙士兵。夜间，金将又率五百死士出西门想偷袭宋蒙营寨，被蒙军发觉，以强弩射死大半。于是，蒙宋联军合力攻西城，并攻陷西城城楼。
完颜忽斜虎事先已经命人在内城墙内又挖深濠，故而蒙宋联军还一时间未能乘胜深入，暂时凭高据险，朝城内不停发射箭弩。
同年十二月初七，蒙军决练江，宋兵决柴潭入汝水灌蔡州城。十二月初九，蒙军破蔡州外城，宿州副总帅高剌哥战死。十二月十九日，蒙军攻破蔡州西城，都尉王爱实战死。
此时，金哀宗对于守城已经绝望，他对侍臣说：“我为金紫光禄大夫十年，当太子十年，当皇帝十年，自知没有什么大的过恶，死无恨矣。所恨祖宗传祚百余年，至我而绝，与自古荒淫暴君同为亡国之主，只是这一点让我耿耿于怀……自古以来，没有不亡的国家，亡国之君往往为人辱囚，或被绑缚献俘，或跪于殿庭受辱，或关闭于空房。朕绝对不会到这个地步！众爱卿你们看着，朕志决矣！”同日，炮军总帅王锐杀元帅夹谷当哥，率三十人向蒙古投降。
其间，金哀宗曾想连夜率兵从东城突围，却被蒙宋军所设的鹿角战栅所阻挡，杀斗而还。孟珙与蒙军在城外搞“心理战”。深知蔡州城内乏食缺水，蒙宋联军在城外大开盛宴，歌舞鼓吹，军士们欢呼豪饮，大吃美食，“城中饥窘，叹息而已”，守城的金军闻见肉香，几乎要发神经病。偶而有出降者从城上缒城而下，告知宋军说城内绝粮三个月，能吃的都已经吃尽，鞍靴甲革包括军鼓鼓皮都煮熟吃掉，“听以老弱互食”，守城金军天天的粮食是“人畜骨和芹泥”。同时，为了补充“军粮”，金军又常常斩杀败军全队，“拘其肉以食”。蔡州城内，简直又是一个活地狱。见时机已到，孟珙下令对蔡州城进攻总攻，而蒙军也凿西城为五门，整军而入，准备与宋军同时杀入城去。
天兴三年（1234年）正月，戊申夜，金哀宗召集百官，传位给东面元师完颜承麟（完颜白撒之弟）。完颜承麟初执意推却，后哀宗苦苦哀求，曰：“朕将江山社稷托付给你，这也是迫不得已。朕身体肥胖，不能策马出征。万一城陷，必难突围。考虑到你平昔身手矫健，而且有将才谋略，如国有幸逃脱的话，可延续国祚，这是朕的心意。”故此，完颜承麟唯有答允继位。
次日，承麟受诏即皇帝位。正月十一日（儒略历2月9日），正在行礼，蔡州城南已经立起宋军旗帜，诸大臣亟出抗敌。宋军攻破南门，蒙军攻破西城，双方展开激烈巷战，四面杀声震天。金军将士顽强抵抗，几乎全部战死或自杀殉国。金哀宗自缢于幽兰轩，享年37岁。完颜承麟闻知金哀宗死讯，率群臣入哭，谥曰哀宗，哭奠未毕，外城被攻破，退保子城，同日，完颜承麟死于乱军中。宰相完颜忽斜虎率最后的一千多金兵巷战，终于不支，边杀边退。得知金哀宗自缢的消息，完颜忽斜虎仰天叹息：“吾的君上已经驾崩，我还何以为战呢？我不能死于乱军之手，将投汝水自溺以追随我的君上！诸君可善自为计。”话一说完，完颜忽斜虎奋身一跃跳入水中自杀。余下金军将士血满身，泪满脸，相顾言道：“完颜相公能死国，难道我辈不能吗！”于是上至参政、总师、元师，下至兵丁，五百多人皆一时跳入汝水殉国。
金朝自金太祖建国至此历120年，亡于南宋、蒙古联军之下。
近侍完颜绛山遵奉金哀宗的遗嘱，将他的尸体火化，残骸埋葬在汝南（今河南汝南县北面汝水旁）。另一说是蒙将塔察儿和宋将孟珙见在焚烧完颜守绪尸体，忙上前扑灭余烬，捡出余骨，一分为二，各取一份回去报功。据蒙古伊儿汗国宰相拉施特主编的《史集》载，塔察儿仅获得金哀宗的一只手。金哀宗大部分遗骸被宋军带回首都临安告太庙。宋廷最后按洪咨夔的建议处理了金哀宗遗骸，藏于大理寺狱库。
此战，金军虽有固池坚城为依托，但势为孤城，军心涣散，斗志低沉，加之粮草不继，终为蒙宋联军击败。蒙宋联军在攻坚不利的情况下，积极出击，创造战机，利用军心士气，一举攻克坚城攻灭金朝。然而在蔡州之战中，金哀宗表现出的“君主死社稷”的气节却受到历代的崇敬。金朝大臣张天纲在被宋军俘虏到临安后，怒斥宋朝君臣，说：“国之兴亡，何代无之。我金之亡，比汝二帝何如？”
元朝宰相脱脱在《金史》中也不得不钦叹金哀宗的为人，评价说“区区生黎，图存于亡，未尽乃毙，可哀也矣。虽然，在《礼》，‘国君死社稷’，哀宗无愧焉”。
