自以为强大的大金国在蒙古骑兵的攻击下，已经是奄奄一息。绍定五年九月，蒙古大将塔察儿包围了金军的临时首都蔡州。

十月，蒙古窝阔台可汗派遣宣抚使王楫到南宋，要求南宋共同出兵消灭大金国，南宋朝廷的高官同孟珙商量如何办？

孟珙请求率军二万人马参战。后来南宋朝廷经过讨论后决定参战，派遣孟珙为全军指挥，率军二万，应蒙古之约，进攻金国的临时首都蔡州。

十二月，宋、蒙二军合攻蔡州城。这时，金军二万多骑兵从真阳横山奔来，孟珙立即迎战，击鼓向前，金军战败，向后退却，孟珙军队追到高黄陂，斩首达到一千二百级。

蒙古大将倴盏派遣免花忒等三位将军迎接孟珙。孟珙亲自到达蒙古帐中，同倴盏结拜为兄弟，双方约定：蒙古军和南宋的军队互不侵犯。金军一万多人从东门出来迎战宋军，孟珙从正面迎敌外，还从后面挡住了金军的退路。这部份金军被赶到了汝河，活捉偏将八十七人。

孟珙在俘虏口中得到了蔡州城里已经没有粮食了，立即对部下说：“金军已经十分窘迫了，他们唯一的办法是突围。因此，我们要严密防守，防止金军突围。”

蒙古大将张柔率精兵五千人攻入蔡州城，中了埋伏，张柔胸中的布满了金兵射出的箭，幸亏孟珙的军队及时赶到，救出了张柔。官员宋荣行为不端，孟珙将要对他斩首，众人下马求情，但孟珙还是进行了大杖侍候。

天亮时，孟珙军队已经到了金军的石桥，活捉了金军将领郭山。孟珙军队刚刚撤退时，金军突然冲出来了，孟珙立即跃战马，斩了郭山。大家也勇气倍增，同金军作了殊死作战。孟珙军队把金军逼迫到柴潭，并在那边立下了棚。这一仗，俘虏金兵一百零二人，斩首三百多级。

第二天，孟珙命令各路将领夺取金军的柴潭楼。金军同孟珙军队争夺柴潭楼，战斗很激烈，宋军鱼贯面，金军挡不住了。金军用漂亮女人作引诱，宋军把她们杀了，于是攻占了柴潭楼。这一仗，孟珙军队俘虏金军将士五百三十七人。柴潭潭高五、六丈，外面接近汝河，城有金字号的大炮。相传潭中有龙，人们不敢靠近，宋军将士也害怕，金军也依靠柴潭为根本。

孟珙召来部下说：“柴潭不是难破的地方，楼的大炮能打远不能打近，档在金军前面的主要是潭中的水，把堤决了，把水放干了。金军就没有办法了。”大家说：“堤是十分坚硬的，不容易凿破。”孟珙说：“从堤的两边凿就可以了。”

按照孟珙的方法，柴潭的水果然被放干了，孟珙命令将士在放干的水沆中铺柴草和芦苇，就渡河攻城了。战争初，金军一位大将和二位将军被南宋军队活捉。攻到城下，进逼土门。金军此时已经没有办法了，他们驱赶老弱儿童，并把老弱儿童熬成油，号称“人油炮”，向宋军进行攻击。金国的老百姓真是苦不堪言，孟珙派遣道士进行劝说，才阻止了这一次十分残忍的行为。

端平元年正月初三，天气灰暗，蔡州城压了一大片的黑气，太阳也显得没有光泽了。

一个投降的金军士兵对孟珙说：“蔡州城已经三个月没有粮食了，开始吃的是马鞍和破鼓，后来发展成吃老弱病人，军队经常吃的是人骨和兽骨，伴一些泥土而食。又经常把败军的全队人马都杀了，并把他们的肉烧来吃，所以金军有很多人想投降。”孟珙认为攻城的时机到了，于是下令各路军队人人口中含枚，不许出声，偷偷地把攻城的云梯运到城下。

正月十一，孟珙一声令下，攻城的战斗打响了。孟珙率领军队亲自攻打南门，到了金字楼，排列好云梯，各路将士听到鼓声向前登楼，马义将军第一个登了城楼，赵荣将军第二个登楼，接着，全体将士都登了楼，同金军大战城楼面。

这一仗，金军丞相乌古论栲栳被迫投降，金军元帅兀林达和将军二百人被战死。

孟珙命令打开西门，蒙古军队也进入了蔡州城。南宋将军江海把金国的执政官张天纲捉住了，孟珙审问张天纲：“金国皇帝完颜守绪在哪里？”

张天纲说：“蔡州城被攻破的这一天，痛哭着吊自杀了。死时留下遗言：我死后，把我的尸体焚烧了。’现在，焚烧的火焰还没有熄灭。”孟珙同蒙古大将倴盏共同分了金国皇帝的遗骨，并得到了金国的金谥宝、玉带、金银印章等贵重文物。金国灭亡了。孟珙军队圆满地完成了任务，又回到襄阳。南宋朝廷根据军功，特授予孟珙为武功郎，主管侍卫马军行司公事，又提升为建康府都统制，兼权侍卫马军行司职事。