金军无法抵挡蒙古骑兵的猛烈攻势，只得仓促撤退。
蒙古骑兵乘势尾随，跟踪追击。城内还有很多百姓，但主要是老幼妇孺，蒙古骑兵杀死了小部分负隅顽抗的百姓，把大部分百姓俘虏、看管起来，一些年轻妇女还遭到蒙古骑兵的奸淫。
蒙古骑兵追至大名府城中心，才发现大名府里面还有一座内城。
蒙古大军一边进行攻城准备，把一千余辆重兵车全部运至内城墙下；一面用弓箭向城中金军投射成吉思汗给大名府全城军民的劝降信，对金军发出最后通牒，如果此时投降，还可活命，如若不然，攻入以后，全部杀死。
仆散安贞对成吉思汗的最后通牒置之不理，并于当日向全军出示、传达了完颜珣的圣旨，号召全军以“破釜沉舟”的精神背水死战。
次日凌晨，成吉思汗见金军拒绝投降，即命令全军向大名府内城墙发起全面进攻。
蒙古大军集中重兵车向内城墙发起猛攻。
一个时辰后，内城墙上已经没有站着的金军了。蒙军又通过攻城云梯攻上内城墙。
站在内城墙上，蒙古骑兵居高临下，对城内金军放箭射杀。
过了一会儿，放弩车和抛石车也运送至内城墙上。在重兵车的轰击下，蒙古骑兵开始进内城攻击。
蒙古骑兵攻入内城后，与金军展开了激烈的巷战。很多金军被蒙古骑兵弓箭射死，被马刀砍死。金军也利用残垣断壁不停的袭击蒙古骑兵，攻入城中的蒙古骑兵死伤人数也不断增加。
成吉思汗见此情景，一边命令重兵车万人队继续使用放弩车和抛石车攻击聚集在一起的金军，一边命令蒙古步兵也攻入城内。
此时的蒙古大军已不再是单纯的骑兵队伍，成吉思汗非常重视各兵种联合作战，非常善于指挥骑兵、攻城步兵、后勤步兵、重兵车兵协同作战。
为了对抗这种战术，仆散安贞指挥金军采取了近身贴靠的战术，尽量把自己与蒙军贴近。这样导致了蒙军无法发挥骑兵野战的优势和重兵车远程攻击的优点。
此时由于城内到处都是残垣断壁，蒙古骑兵和重兵车在城内毫无用武之地。金军则利用废墟破墙作为掩体，不断向蒙军放冷箭、“桶冷枪”，给蒙军造成了极大伤亡。一名名叫蒲鲜九斤的女真将领，是金军里面出名的“神箭手”，在此次战斗中，射死二十多名蒙军。而另外一名名叫吴大壮的汉族士兵，参加金军之前就是一名武林高手，此次战斗中用长枪捅死了十多名蒙军。
经过三天的血腥战斗，蒙军终于缓慢的推进到大名府府衙外，把剩下的金军全部包围在府衙及其周围。此时的大名府百姓，基本上全部被蒙军杀死或者俘虏。金军也只剩下不到十万人。
这时天降大雪，双方士兵都冻的瑟瑟发抖。尽管如此，战斗依然非常激烈。
两军为争夺每一寸土地、每一间房屋，都进行了异常激烈的战斗，双方伤亡都非常惨重。
金军虽然在府衙以外建立稳固的防御工事，但部队已疲惫不堪，粮食也吃完了，又冷又饿，已成强弩之末，
仆散安贞见大势已去，为保住金军有生力量，开始组织士兵通过密道撤退。仆散安贞命令受伤的士兵先撤退，自己组织敢死队最后撤退。在撤退的过程中，蒙军也攻入府衙内，双方继续激烈战斗。金军的撤退进行了三天三夜，这此期间又有六、七万金军战死。好在秘道狭窄，金军撤进密道后，仅需数人手持弓箭，就可以阻止蒙军追击。
最终仆散安贞仅带领三万余人马逃出大名府。
蒙古大军经过一个月的浴血奋战，终于占领大名府。此次大名府之战，蒙军也是伤亡惨重，将近一万蒙古骑兵和四万多蒙古步兵战死，包括第一路军第六万人队万户长忽都思等一批高级将领也战死了。