بعد أن حقَّق هولاكو هدفه الأوَّل بِالقضاء على الحشَّاشين، التفت إلى تحقيق هدفه الثاني وهو القضاء على الخِلافة العبَّاسيَّة. والواقع أنَّ أوضاع هذه الخِلافة كانت مُتردية عشيَّة الغزو المغولي، وأنَّ الوضع الداخلي في بغداد كان مُزعزعًا تشوبه حال من الفوضى وعدم الاستقرار وذلك بِفعل عدَّة عوامل، منها ما تعلَّق بِالخليفة أبي عبد المجيد عبد الله بن منصور المُستعصم بِالله، ومنها ما تعلَّق بِالناس الذين نخرتهم الصراعات السياسيَّة والمذهبيَّة الناجمة عن صراع الساسة والقادة والأُمراء المُتخاصمين والمُتقاتلين على النُفُوذ، ممَّا جعل مراكز القوى في بغداد مُتعدِّدة ومُتخاصمة. كما شهدت الحالتان الاقتصاديَّة والاجتماعيَّة ترديًا ملحوظًا بِفعل سيطرة المغول على طُرق التجارة البريَّة من جهة، وبسبب انغماس العبَّاسيين في الترف واللهو وابتعادهم عن الجديَّة في إدارة شؤون البلاد والعباد، مما أدَّى إلى تفشِّي الكثير من الآفات الاجتماعيَّة مثل عادة التحاسد والتباغض وإثارة الفتن وإشاعة الفساد. بادر هولاكو بالاتصال بِالخليفة العبَّاسي عندما كان يُحاصر قلاع الحشَّاشين، فأرسل إليه يطلب منه أن يمُدُّه بِقُوَّةٍ عسكريَّةٍ تُعاونه في القضاء على هذه الطائفة. استشار الخليفة مُستشاريه وأركان حربه، فنصحوه بِعدم الإقدام على هذا العمل، لِأنَّ هولاكو يُريد بِهذه الوسيلة إفراغ بغداد من المُدافعين عنها حتَّى يسهل عليه الاستيلاء عليها عندما يُهاجمها، فوافق على رأيهم وامتنع عن إرسال المدد إلى هولاكو. ولمَّا فرغ القائد المغولي من القضاء على الحشَّاشين، أرسل إلى الخليفة رسالة عتاب تتضمَّن تهديدًا ووعيدًا لامتناعه عن إرسال المدد المطلوب، وطالبه بِأن يهدم حُصُون بغداد وأسوارها ويردم خنادقها، وأن يأتي إليه بِشخصه ويُسلِّم المدينة له، وأوصاه بأن يستجيب حتَّى يحفظ مركزه ومكانته ويضمن حُريَّته وكرامته، وإن أبى واستكبر فسيحلُّ بِأهله وبلاده الدمار والخراب، ولن يدع أحدًا حيًّا في دولته. ردَّ الخليفة بِالرفض الذي اتَّسم بِالتهديد والوعيد، ظنًّا منه أنَّ ذلك سوف يُثني هولاكو عن عزمه، ويجعله يُفكِّر مليًّا قبل أن يُقدم على خطوته، كما يبدو أنَّه اعتقد بإمكانيَّة تلقِّي المُساعدة من السلاطين والأُمراء المُسلمين في الشَّام ومصر والأناضول، غير أنَّ هذا لم يحصل لانشغال قسمٍ من هؤلاء الأُمراء والسلاطين بِمُشكلاتهم الداخليَّة وخوف بعضهم الآخر من جبروت المغول. وكان من الطبيعيّ ألَّا تُجدي تلك التهديدات التي وجَّهها الخليفة لِهولاكو، بل على العكس، كان لها أسوأ الأثر في نفس القائد المغولي، ما دفعهُ على الزحف باتجاه بغداد. وعلى أثر ذلك أصدر هولاكو أوامره بِأن تتحرَّك الجُيُوش من أطراف الأناضول عن طريق أربيل والموصل مُتجهةً نحو بغداد لِتُحاصرها من الجهة الغربيَّة، وتنتظر حتَّى تصل إليهم جُيُوش هولاكو من الناحية الشرقيَّة. حوصرت بغداد يوم 13 مُحرَّم 656هـ المُوافق فيه 20 كانون الثاني (يناير) 1258م، واستمرَّ الحصار قائمًا حتَّى آخر الشهر الهجري، وكان المغول خِلال ذلك يضربون المدينة بقذائف المناجيق ويقتحمون الأسوار حتَّى استولوا على القسم الشرقي. أحسَّ الخليفة بِالخطر، وأنَّ الأمر قد خرج من يديه؛ فسعى في التوصُّل إلى حلٍّ سلميٍّ مع هولاكو، لكنَّ جُهُوده باءت بِالفشل؛ فاضطرَّ إلى الخُرُوج من بغداد وتسليم نفسه وعاصمة الخلافة إلى هولاكو دون قيدٍ أو شرط، وذلك في يوم الأحد 4 صفر 656هـ المُوافق فيه 10 شُباط (فبراير) 1258م، ومعه أهله وولده بعد أن وعده هولاكو بالأمان. عندئذٍ دخل الجُنُود المغول إلى المدينة وعاثوا فيها مُدَّة أُسبُوع، فهدموا معالمها واستولوا على الأموال والكُنُوز والتُحف النادرة، وأتلفوا عددًا كثيرًا من الكُتُب القيِّمة في مكتباتها، وأهلكوا كثيرًا من رجال العلم فيها، وهلك في نحو أربعين يومًا ثمانون ألفًا من سُكَّان بغداد. وانتهت هذه الأحداث بِقتل الخليفة المُستعصم ومعه ابناه وخمسة من رجاله المُخلصين الذين بقوا معه.