一刻钟后，蒙古大军追赶而来。花剌子模士兵骑在墙头向蒙古骑兵抛掷石块，一些蒙古骑兵被砸死砸伤。察合台命令全军下马，站在原地放箭射击花剌子模士兵。一时间“箭如蝗虫”，骑在墙头的花剌子模士兵抵挡不住，很多被射死，剩下的只得翻进墙去。
这时蒙古步兵也赶了过来，察合台命令他们爬上城墙，往宫内进攻。
蒙古步兵刚爬上宫墙，躲在下面的花剌子模士兵开始放箭，很多蒙古步兵被射落墙下。两军在宫墙下面陷入僵持局面。
察合台马上派人到城外对窝阔台进行禀报，过了一会儿，窝阔台率领重兵器车兵赶到。
此时已经天亮，窝阔台看着高大稳固的海儿汗王宫，对察合台说，不用着急，大军拼杀了一夜，十分辛苦，休整一天，明日再战。
于是窝阔台命令四万后勤步兵把守讹答剌城城墙和城门，其它部队则围绕海儿汗王宫安营扎寨、吃肉喝酒，然后放出哨探进行休整。
次日凌晨，窝阔台下令重兵器车兵使用八十辆放弩车和八十辆抛石车开始进攻海儿汗王宫。数不清的长箭和石块被投入宫内，里面惨叫声不断。
一个时辰后，窝阔台让哨探爬上城墙观察敌情，哨探爬上城墙，看见王宫已被砸成废墟，成片成片的花剌子模人倒在地上，只有宫墙下面隐藏了少数花剌子模人。
哨探对窝阔台做了禀报，窝阔台又下令配有弓箭的蒙古步兵带着盾牌，通过攻城云梯爬上宫墙。
蒙古步兵爬上宫墙后，躲开宫墙下面的花剌子模士兵开始放箭。蒙古步兵避开来箭后，马上放箭反击。
此时宫墙下面的花剌子模士兵已经不多了，弓箭也所剩无几，蒙古步兵很快就放箭杀死了他们。
蒙古步兵翻入城内，搬开假山，打开城门，蒙古骑兵骑马入宫，对宫内的残军进行剿杀。
窝阔台下令说，宫内的人不分男女老少全部杀死，但是海儿汗必须活捉，不能让他死的那么痛快！
面对蒙古骑兵的猛烈进攻，花剌子模残军也进行了殊死抵抗，无奈此时他们战死的差不多了，已经寡不敌众了。
激烈的战斗又进行了一个时辰，蒙古骑兵攻入内宫，这时内宫的女人纷纷选择了自尽，只剩下海儿汗和他的两名贴身侍卫还在坚持抵抗，几十名蒙古骑兵跳下马来，包围上去，很快杀死两名贴身侍卫。
海儿海还是手持佩刀继续战斗，最终左腿被砍伤，摔倒在地上，被蒙古骑兵结结实实捆绑起来。海儿汗痛苦的喊，阿拉丁摩诃末啊，你为了铲除异己，竟然不顾国家安危！讹答剌城不保，撒马尔罕也会保不住的，你以后的下场比我还要惨！
蒙古骑兵将海儿汗押送到窝阔台面前。
窝阔台下令将海儿汗双手双脚全部钉在木桩上，装进囚车里，准备交由成吉思汗处置。
随后，窝阔台下令对讹答剌城内百姓进行抢劫、屠杀，二十多万百姓全部被杀死，其中很多妇女被蒙古士兵奸淫后又被残忍杀死。
蒙古大军一边进行屠杀、奸淫、抢劫，一边进行休整，直到二月初，经过清点，城内百姓已经全被杀光、粮食物资全部被抢光，窝阔台才下令全军向撒马尔罕进发。