金哀宗则继续向南逃亡，到达蔡州（今河南汝南）一带。蒙古最初曾备受金人压迫，与金国有不共戴天之仇，因急于灭金，便派使者王楫到南宋的襄阳（湖北襄樊），要求南宋出兵援助。南宋正想借蒙古之力灭掉金国，自然满口答应。宋蒙两国就此签订了军事同盟：蒙古同意，灭金以后淮河以南的土地归南宋所有；南宋则为蒙古军供应粮秣；南宋与蒙古仍以淮河为界。
绍定六年（1233年）九月，蒙古军筑起长垒，对金哀宗所在的蔡州实行重重围困。金军企图突围，但没有成功。十月，宋将孟珙、江海率军二万，运粮三十万石，赴蔡州供应蒙古军。金军在金将完颜仲德的指挥下坚守城池，多次击退宋、蒙联军进攻。到了秋天，宋蒙联军在蔡州城外大肆砍伐树木，用来制造攻城的云梯等武器，砍伐呼喝声传数里，蔡州城内人心浮动，惊惧异常。金哀宗感到穷途末路，绝望至极。金臣完颜阿虎带献计，建议重新结好南宋，向南宋乞粮求和，即使不能延缓腹背受敌，也可以离间宋蒙之间的关系。于是，金哀宗给南宋朝廷写信，在信中明确提到宋与金其实是唇亡齿寒，希望宋能与金联合。南宋朝廷见金灭国在即，拒绝了金的乞和求粮。
端平元年（1234年）正月，蔡州断粮，金兵已经是山穷水尽，金哀宗便正式禅位于完颜承麟。此时，宋军决开潭水入汝水，再以薪填潭中，攻破蔡州西城。金哀宗禅让礼毕时，宋军已经占领了南城。金哀宗举火自焚，一百多名金军将士投汝水而死。新即位的末代皇帝完颜承麟在位不到半天，便在乱军中被杀，成为历史上在位时间最短的皇帝。蒙古痛恨金国，完颜皇家宗室被蒙古军全部杀死，一个不留。金国就此灭亡，共立国一百二十年。
宋将孟珙将部分烧焦的金哀宗骨骼带回临安，宋理宗命以此来祭皇家祖庙，表示百年前的“靖康耻”终于得雪。金国参知政事（副宰相）张天纲也被俘虏到临安。临安知府薛琼意存嘲讽，故意问张天纲道：“你有什么脸面到此？”张天纲回答说：“国家兴亡，何代无有？我金国之亡，比你们二帝（指宋徽宗、宋钦宗）怎么样？”薛琼恼羞成怒，却无话可说。次日，薛琼将张天纲的话上奏宋理宗，本意是促使宋理宗将张天纲处死。不料宋理宗却极感好奇，特意召见张天纲，问道：“张天纲真不畏死吗？”张天纲回答说：“死有什么可怕的，大丈夫只是担心死得不合乎节义。”于是力求一死。宋理宗却很欣赏他的骨气，没有杀他，只将他关押起来。张天纲后来经历不见记载，大概最终死于狱中。
宋蒙联合灭金后，南宋仅取得河南陈、蔡东南地。宋将赵范、赵葵见蒙古退归河北，主张乘机抚定中原，守黄河、据潼关、收复三京（东京开封、西京洛阳、南京商丘）。南宋群臣以参知政事（副宰相）乔行简和京湖制置使史嵩之（史弥远之侄）为首，群起反对，只有新上任的宰相郑清之竭力赞成。而刚刚亲政不久的宋理宗更是急欲有所作为，于是不顾国困民穷、军力衰弱、河南残破的现状，打算倾尽宋军兵力，收复丧失一百多年的河南失地。
端平元年（1234年）六月初二，庐州（今安徽合肥）知府全子才率一万淮西兵为先锋，奉命从庐州出发，北渡淮河。七月初二，全子才大军抵达开封城东。开封城内的官员大都为原金国大臣，投降蒙古后，重新接受了蒙古的任命。这些人大多并非真心归降，不过为情势所迫，官员李伯渊等人趁机暗杀了蒙古所立的开封留守崔立等人，打开城门，迎接宋军入城。与此同时，淮东制置使赵葵率兵五万，自滁州（今安徽滁县）取泅州（今江苏盱眙北），抵达汴京与全子才会合。
战局开端都很顺利，然而，很快祸起萧墙。京湖制置使史嵩之拒绝为前方军队征运粮饷，直接导致赵葵和全子才部粮草不济。赵范军队原来部署于黄州、光州一带，按计划应该进兵陈、蔡，但赵范却突然莫名其妙地一改初衷，临时反对出师，自然也没有从东线出兵牵制蒙古军。四川制帅赵彦呐也不出师侧应，导致西线蒙古军毫无顾忌。
