旭烈兀率领蒙古大军第三次西征，木剌夷国被消灭，下一个目标就是阿拔斯王朝。阿拔斯王朝首都在报达(今伊拉克巴格达)，以“报达”为国名，中国史籍中称之为黑衣大食。

此时的阿拔斯王朝已经不复当年之勇，在它的东部和西部，出现了许多独立的小王朝，互相兼并混战，有点类似我国的春秋战国时期。巴格达城虽然是整个伊斯兰教世界的教城，但最高教主哈里发实际只剩下一个空名，这些王朝根本不听其调遣和节制。阿拔斯王朝末代哈里发穆斯台耳绥木即位后更是贪图享乐，导致朝政腐败。
旭烈兀依旧先礼后兵，跟之前一样先劝降。但穆斯台耳绥木却根本看不起蒙古军，甚至无视木剌夷国被灭的结局，直接警告旭烈兀，敢进攻巴格达城绝无好下场，旭烈兀一连两次劝降都被无视。
穆斯台耳绥木强硬的底气来自于巴格达城防坚固，城内有七万军队，足以抗击蒙古大军。但昏庸的穆斯台耳绥木只看到了人数的优势，却不知守军缺乏训练，而且士气低落，面对训练有素、战法凶悍的蒙古大军无异于以卵击石。
可旭烈兀却没有轻视巴格达，积极筹备对巴格达围攻，得知巴格达城内兵力众多，就将原驻西域的部队调来，蒙军三路兵马会合围攻巴格达城。蒙古军在河岸筑垒，然后挖掘堑壕伸向城廓，在城外安置好火炮、抛石机。

1258年1月29日，准备就绪的蒙古军队对巴格达进行攻击。在猛烈炮火打击下，巴格达城门的戍楼被火炮轰坍，蒙古军甚至将城郊石头用完，以砍伐椰树代替炮石。巴格达东门先被炮石击毁，很多巴格达民众想要逃出城外，都被蒙军斩杀。这时的穆斯台耳绥木终于认识到双方的实力差距，派人出城同旭烈兀谈判，但为时已晚，旭烈兀胜利在望根本不肯接见哈里发的使者。
2月10日，穆斯台耳绥木眼看就要城陷，率子及大小百官3000人出降。旭烈兀则命哈里发下令，所有抵抗者立即放下武器。放下武器的一些巴格达居民向蒙古军投降，却被蒙古军集中起来进行砍杀。

2月13日，蒙古大军有预谋地对巴格达进行屠杀和洗劫，并放火烧城，持续了一个星期以上的屠城后，数十万巴格达人被杀，大量艺术珍品和华丽建筑遭到焚毁，历代哈里发所建的著名清真大寺、贤人陵墓、公众设施等大部分被焚毁了。

哈里发穆斯台耳绥木被处以不出血而死， 蒙古军说这是对其身份的尊重，其实更加残忍，穆斯台耳绥木被缝在一个口袋里，然后蒙古兵驱动马群将他马踏而死。

传37代，503年的阿拔斯王朝，至此灭亡。