蒙军虽然没有攻陷开封，但开封城已经被打得残破不全，城中粮草也已断绝。金国皇帝金哀宗见开封难守，便率部突围，跑到了蔡州，就是现在河南省的汝南。可是，蔡州离南宋地盘已经不远了。
公元1233年，窝阔台派使者去杭州，要求南宋出兵，从背后攻击金国，并口头许诺，灭了金国之后，黄河以南的土地归宋朝。
宋理宗见金国已是穷途末路，灭亡在即，正是报仇雪恨的好机会，又能乘机恢复中原，因此异常兴奋，立即命大将孟珙率军出击，并送给蒙军三十万石粮食。
孟珙是南宋名将，智勇双全；宋军士兵普遍对金国怀有仇恨，斗志旺盛。孟珙率领南宋军队向北进军，连续攻占寿州、唐州等地，截断了金哀宗逃跑的后路。宋蒙军队两路夹击，金哀宗已成了瓮中之鳖。
宋蒙联军很快在蔡州城下会师，将蔡州围得铁桶一般。金哀宗虽然知道大势已去，无力回天，却仍然拼死抵抗，不肯投降。小小的蔡州城，竟然坚守了三个多月。
公元1234年1月，宋军攻破南门，蒙军攻破西门，宋蒙联军大举入城。金军将士开展巷战，最后几乎全部阵亡。金哀宗自缢而死。历经一百二十年的金国灭亡了。
窝阔台联宋灭金，占领了中原地区。可是，如何治理这个偌大的地方呢？有些蒙古将领建议，将中原民众全部迁走或者杀掉，让北方变成草木茂盛之地，以便于放牧牛羊。耶律楚材极力反对，建议用汉族统治者的方式治理中原。窝阔台采纳了耶律楚材的意见，按照耶律楚材的设想治理中原地区。
南宋联蒙灭金，是希望能够恢复中原，而蒙古是不会将中原地区送给南宋的，特别是窝阔台野心很大，他要继续扩张，统一天下。这样，宋蒙之间的战争，就不可避免地爆发了。