就在耶律楚材苦苦思索自己前途的時候，蒙古大軍並沒有停下攻伐的腳步。
蒙古大軍兩次攻金，積累了作戰經驗，摸清了金人弱點，遂把攻擊目標集中於中都，在1213年秋天發動了一次更大規模的攻勢。金朝也看出中都是成吉思汗的主攻目標，所以特別重視加強對中都及其北部屏障居庸關一帶的防守。金帝完顏永濟命元帥右都監術虎高琪，率三十萬大軍駐守居庸關北麵的懷來（今屬河北）、鎮州（今北京延慶縣，原為縉山縣），金為加強防守，剛剛將其升格為鎮州一線。當得知成吉思汗再次越過野孤嶺長城後，金帝特命尚書左丞相完顏綱為主帥，統轄懷來、鎮州地區軍政，以增強守關力量。他們命金軍工匠將鐵熔化，封固居庸關門，人稱“鐵門關”，蒙古人聞之，稱作“察卜赤牙勒”（意為“峻峭”）。同時，還在關外布設鐵蒺藜百餘裏，專門遲滯、傷害蒙古騎兵，使之無法靠近關門。至於關上布置重兵，層層防守，更是自不待言。
上述情況早已被成吉思汗偵悉，他采取的戰術是先掃清外圍之敵，再奪取居庸雄關。
首先是在懷來、縉山一帶大破金兵，這一仗打得非常漂亮。因為成吉思汗在戰前就通過各種渠道了解到：金軍元帥完顏綱在攻宋戰爭時曾兵敗四川，此次充任主帥，極想將功補過，挽回聲譽。盡管右丞相徒單鎰曾勸他慎於進兵，他仍親率精兵十餘萬人至縉山，改變了術虎高琪的防守部署。結果被成吉思汗抓住其戰守不定，調整不及的機會，打了他一個措手不及。
而副帥術虎高琪曾在進攻南宋時立有戰功，號平南虎威將軍；又在1211年蒙古軍進攻中都時守城立功，不久累升縉山防禦使、權元帥右都監；這次防守居庸關，也急於再次立功高升。術虎高琪對完顏綱很不服，所以在他受到成吉思汗打擊時采取坐山觀虎鬥的態度，而蒙古軍衝潰完顏軍，又殺向術虎高琪，結果是金軍全線潰退，蒙古騎兵乘機掩殺，全殲金軍主力二十餘萬人。
成吉思汗乘勝追擊，直抵居庸關北口，眼看關城防禦嚴密，實在難以攻破，遂決定采納劄八兒之策，避堅就瑕，閃電迂回，令怯台、薄察等率少數兵力屯兵關下，在北口虛張聲勢，牽製金軍；而自己親率主力從右翼繞道西南，偷越五回嶺（今河北淶源東），襲破紫荊關（在今河北易縣西），進入中原，從西南方向夾擊中都。
與此同時，成吉思汗又另遣具有攻城經驗的智勇大將者別，率領少量精騎，在曾出使金國、熟悉道路的劄八兒引導下，趁夜色，走小路，通過黑樹林的澗道，繞至居庸關南口。金兵尚未從夢中醒來，便一個個做了刀下之鬼。
隨之，蒙古軍南口、北口夾擊，迫使居庸關守將獻關投降，者別與怯台、薄察兩軍會合，占據了居庸關。至此，蒙古軍便好像拿到了一把鑰匙，可以自由馳騁中原各地，也打通了中都大門。
根據中都城防情況，針對諸將急於攻城的急躁情緒，成吉思汗保持著冷靜的頭腦。他召集諸將議事，指出：中都雖在眼前，但並非唾手可得，如用強攻，傷亡太大，得不償失。不如分兵掃蕩金國腹地，更為有利。其實，這已暗合不爭一城一地之得失，消滅敵人有生力量的原理。掏空了敵人的肚子，隻剩幾座空城，他遲早還不投降？
於是成吉思汗令怯台率五千精兵圍困中都，他親自率兵先攻陷涿、易二州（今河北涿縣、易縣），金帝派大將奧敦堵截，為時已晚。然後兵分三路，深入金國腹地，進行掃蕩式作戰。右路軍由術赤、察合台、窩闊台率領，循太行山東麓南下，直抵黃河北岸，再繞太行山西麓北上，先後洗劫保、遂、安肅、定、中山、太原、平陽、岢、嵐、忻等二三十座州縣。
左路軍由合撒兒等率領，循海岸而東，搶掠薊、平、灤及遼西諸州；成吉思汗與拖雷率中路軍，攻取雄、霸、莫、安、觀、河間、滄、景、獻、深、祁、蠡、冀、恩、濮、開、滑、博、泰安、濟南、濱、棣、益都、溜、濰、登、萊、沂等近三十餘州府，直抵海濱而還。同時，木華黎也率軍攻克了密州等地。
從1213年秋至1214年春，蒙古三路大軍橫掃了金國黃河以北、華北平原、山東半島的幾乎全部領土，金國中原地區隻有中都等11座城未攻下。李心傳《建炎以來朝野雜記》卷十九《韃靼款塞》說：“人民殺戮幾盡，金帛、子女、牛羊馬畜皆席卷而去，屋廬焚毀，城郭丘墟。”元好問的詩中也說，當時的中原，“白骨縱橫似亂麻，幾年桑梓變龍沙；隻知河朔生靈盡，破屋疏煙卻數家。”
腐朽的金國朝廷，在如此嚴峻的形勢麵前，不思團結抵抗，反而陷入了極度混亂的內訌之中。首肇亂因的便是那位“逃跑將軍”胡沙虎。胡沙虎1211年任西京留守時，不敢抗拒蒙軍，棄城而逃。衛紹王永濟沒有治罪，隻將他罷歸田裏。不久又不顧眾臣反對，以他是朝中老臣為由，委以重任，讓他以代理右副元帥的身份駐守中都城北。這次成吉思汗第三次入侵，胡沙虎隻知遊獵，不去整軍。衛紹王忍無可忍，遣使責備。早有野心的胡沙虎便率軍攻入皇宮，逼迫永濟退位，自稱監國都元帥。不久又殺死永濟，迎立完顏珣，稱為宣宗。1213年9月宣宗即位，拜胡沙虎為太師、尚書令、都元帥。衛紹王對胡沙虎兵敗不罰，養“虎”遺患，即此一點，也夠亡國之君，被弑，也是咎由自取。
當蒙古大軍進逼中都時，胡沙虎調回元帥右監軍術虎高琪，命他出戰，對他說：“今日出兵，如果無功而返，當以軍法從事！”術虎高琪打了敗仗，想想回來也沒有好下場，幹脆對胡沙虎來個“以其人之道，還治其人之身”，於是擁兵入中都，殺死胡沙虎。
金宣宗隻好承認現實，而他又是個沒有主意的人，不但任術虎高琪為左副元帥、平章政事，而且事事要問術虎高琪。
聰明的成吉思汗雖然攻下了金國的廣大領土，但並不駐兵占領，搶掠之後，給金國留下一座座空城，讓金主去收拾爛攤子。他在1214年春天將橫掃中原，滿載而歸的三路大軍集合於中都城北，眼看將領們個個誌驕氣盛，將奪取中都視為囊中取物一般，紛紛要求乘勝攻城。成吉思汗說：“宜留此一孤城，待金人力守而自困。”這是非常高明的策略。大汗感到中都城池堅固，守軍尚眾，雖然內部矛盾重重，但“百足之蟲，死而不僵”，還有一定抵抗能力，不如先以兵臨城下之威，爭取一些實際利益為好。從戰略上來說，成吉思汗深知金國土廣民眾，單靠自己的十三萬蒙古軍，即使能一舉摧毀金中央政權，也無法統治若大國土，所以不如采用消耗戰術，逐步攻略，同時探索滅金後的統治方法。
於是成吉思汗派使者入中都對宣宗說：“山東、河北的州縣均已歸我所有，你所守住的，不過是一座孤城而已。上天已使你衰弱，我也不再逼迫你。我現在就撤軍，你難道不想犒勞我的將士，平息他們的憤怒嗎？”（《元史·太祖本紀》）