年底，在旭烈兀西征大军到来之前，阿勒颇城中的部分居民就已经闻风而逃了。这部分人先从阿勒颇逃到了大马士革，不久后又跟着大马士革的部分居民逃往埃及，在逃亡路上死去的人不计其数。

旭烈兀大军于年上半年在巴格达及其周边地区屠杀了上百万人，随后爆发了鼠疫。旭烈兀攻打阿勒颇时，鼠疫已传至该地区。当时又正赶上寒潮来袭，导致从阿勒颇、大马士革逃出的居民，很多冻死、病死在路上。还有一部分人被盗匪抢劫、杀害。

旭烈兀大军抵达阿勒颇附近后，先驻扎在城北的一个村庄。阿勒颇城外一座山上驻扎着一支守军，他们发现蒙军后立即下山击敌。蒙军派出一支部队迎战，边战边退将其引入包围圈后击败。蒙军又从后面包抄切断他们回山的路线，迫使他们只能退回阿勒颇城内。

同一天，旭烈兀还派兵攻打了阿勒颇北部的阿匝思城（今叙利亚阿扎兹），此城无险可守，也没有大军驻扎，只得被迫投降。不久后，阿勒颇守军欲出城偷袭蒙军大营，结果走到一半时，远远瞧见了无边无沿的蒙古大军，被吓得又退回城内。

旭烈兀听说纳西尔不在城内，便派人进城对阿尤布宗王莫阿扎姆说：“你这城池不堪一击，我此次来是为了找纳西尔算账，并不想难为你。不如我派两名蒙古官员进城接管守军，之后我便离开阿勒颇。如果我打败了纳西尔，就算你主动投降，不再治罪；如果我战败了，这两名蒙古军官任你发落。”

莫阿扎姆只回复了一句话：“我族人唯有战斗这一条路可走。”之后，莫阿扎姆下令死守各城门及要塞，禁止守军出城击敌。他自恃阿勒颇城堡坚固，决心死战到底。

旭烈兀大军用时一天在城外建起木栅，并架设了二十台投石机。之后，蒙古大军用投石机日夜不停地对阿勒颇城轰炸。第七天，阿勒颇城的伊拉克门被攻陷，蒙军冲进城内开始屠杀守军与居民。

蒙古大军在阿勒颇外城屠杀、劫掠了五天，使城中街道上的尸体堆积如山。当时阿勒颇人死于屠刀之下者不计其数，单单被俘虏的妇孺就多达十万人，其中大多数人后来被卖到了欧洲。

剩余的阿勒颇守军躲入内堡中继续抵抗，两方人马用投石器、弓箭对射，战斗激烈异常，双方互有死伤。内堡位于阿勒颇城中央，比外城还要坚固，蒙古大军连续攻击了一个多月，也没能洞穿其防御。

年一月，阿勒颇内堡攻防大战的第十一天，旭烈兀让士兵在外城向内堡挖掘地道。一个月后，蒙古大军从地道杀入了内堡，莫阿扎姆见大势已去，只好投降了。

旭烈兀在内堡获得了大量财物，俘虏了纳西尔的王妃、子女。旭烈兀看莫阿扎姆年事已高，免去了他的死罪，同时下令释放了内堡中关押的九名马穆鲁克军官。

人类历史上最古老的城市之一阿勒颇，遭遇千年不遇的浩劫。一百多年后，此城再次被帖木儿攻陷，又惨遭屠城。几百年后，阿勒颇古城在一场大地震中严重损坏，被彻底弃用。如今，阿勒颇古城遗址犹在，已成为著名的旅游景点。

之后，旭烈兀领军至阿勒颇西方两日路程的哈里木堡（今叙利亚哈里姆），他先派人去劝降，并承诺不杀不抵抗者。城中守将回复说：“我们不相信你们，只相信我我们自己人，请让阿勒颇内堡守将法忽鲁丁来对我们发誓。”

旭烈兀按照哈里木守将的要求，叫来法忽鲁丁对他们劝降，该城守军果然放弃抵抗出城。旭烈兀因此大怒，他怎么会允许一个降将的话比自己的话还管用？于是，旭烈兀下令屠城，哈里木城军民不分老幼全部被杀，只有一个亚美尼亚金匠得以幸免…