次日凌晨，蒙古大军从哥疾宁城北门开始攻城。成吉思汗指挥三百余辆蒙古放弩车在两里开外朝哥疾宁城墙上发射火箭。花剌子模重兵器车兵则使用五百辆放弩车反击。成吉思汗又命令后勤步兵推运部分铁甲战车挡在重兵器车前面，防止花剌子模火箭射在放弩车上。
蒙古重兵器车一天之内将上万支火箭射入哥疾宁城墙和城内。花剌子模重兵器车数量虽多但是质量不好、射程不远，很多火箭射不到蒙古大军阵地前，有的射在铁甲战车上面，只有少数火箭射入蒙古大军阵地内，但已经没有杀伤力了，很快被蒙古步兵扑灭。
一天下来，花剌子模放弩车被烧毁无数，花剌子模重兵器车兵也被射死烧死无数，蒙古放弩车和重兵器车兵却几乎“毫发无损”。
成吉思汗见天色已晚，于是鸣金收兵，放出哨探，生火做饭，进行休整。
次日凌晨，成吉思汗又指挥放弩车攻击哥疾宁城墙，花剌子模放弩车根本无还击之力。一个时辰后，成吉思汗指挥放弩车向前推进一里。并命令抛石车紧随其后开始攻击哥疾宁城墙。无数支火箭射入城内，使城内燃起熊熊大火。无数块石块抛到城墙上，砸毁了很多放弩车。
阿黑剌黑赶紧命令士兵把抛石车从防御工事里面推运出来，准备反攻蒙古大军。但见蒙古抛石车抛掷的石块飞天盖地而来，花剌子模士兵根本就没有操作抛石车的机会。很多抛石车被砸毁，很多花剌子模士兵被砸死。
第三天凌晨，成吉思汗命令重兵器车攻击哥疾宁城墙一个时辰后，便下令发起总攻。
蒙古重兵器车兵在放弩车的掩护下，将三百余辆攻城云梯推送至哥疾宁城下。两万攻城步兵则举起大刀盾牌通过攻城云梯攀爬城墙。
这时有少数花剌子模士兵从城墙上探出头来，准备用弓箭和石块攻击蒙古步兵。成吉思汗赶紧命令蒙古骑兵下马就步，来到城墙下面朝城墙上放箭，射杀了不少花剌子模士兵。