Pengepungan Bagdad
Kampanye Bagdad

Hulegu berharap khalifah Abbasiyah al-Musta'sim dapat menyediakan pasukan untuk kampanye melawan Hassasin. Al-Musta'sim awalnya menyetujuinya, tetapi para menterinya berpendapat bahwa tujuan sebenarnya dari permintaan tersebut adalah untuk mengosongkan Bagdad dari potensi perlawanan, sehingga Al-Musta'sim akhirnya menolaknya. Para penulis Sunni pada masa berikutnya pun menuduh wazir Bagdad, seorang Syi'ah bernama Muhammad bin al-Alqami, telah mengkhianati Al-Musta'sim dengan mengadakan negosiasi rahasia dengan Hulegu. Pada tahun 1256, terjadi kekerasan sektarian antara Sunni dan Syi'ah setelah sebuah banjir besar, sehingga Bagdad berada dalam posisi yang sulit. Namun, al-Musta‘sim dan para menterinya masih cukup yakin mengenai peluang keberhasilan mereka.
...Aku akan membawamu jatuh dari puncak langit,

Seperti seekor singa, aku akan melemparmu ke lembah terdalam.

Aku tidak akan membiarkan seorang pun hidup di negaramu,

Aku akan mengubah kota, tanah, dan kekaisaranmu menjadi api.
Jika kamu memiliki hati untuk menyelamatkan kepalamu dan keluarga kunomu, 

Dengarkan nasihat saya baik-baik. 

Jika kamu menolak menerimanya, aku akan menunjukkanmu arti dari kehendak Tuhan.
Akhir surat pertama dari Hulegu kepada al-Musta'sim, September 1257
Hulegu menghabiskan musim panas tahun 1257 di atau di dekat dataran Hamadan. Di sana, ia bertemu kembali dengan Baiju yang telah berhasil menaklukkan vasal-vasal yang memberontak di barat laut. Baiju pun membawa vasal-vasal Seljuk, Georgia, dan Armenia, termasuk pangeran Pŕosh Khaghbakian dan Zak‘arē, untuk bergabung dengan pasukan Mongol. Pada bulan September, Hulegu memulai korespondensi dengan al-Musta'sim yang dideskripsikan oleh sejarawan René Grousset sebagai "salah satu dialog paling luar biasa dalam sejarah". Surat pertama Hulegu menuntut agar al-Musta'sim menyerah dengan damai dan mengutus tiga menteri utamanya—wazir, panglima prajurit, dan dawatdar—ke pasukan Mongol. Tiga menteri tersebut tampaknya menolak, sehingga akhirnya diutus tiga pejabat yang lebih rendah.
Balasan dari al-Musta'sim terhadap surat tersebut menyebut bahwa Hulegu masih muda dan bodoh, serta menampilkan dirinya sebagai orang yang dapat mengumpulkan pasukan dari dunia Islam. Selain itu, para utusan Hulegu mendapatkan perilaku yang tidak sopan serta menjadi sasaran ejekan dan hinaan dari masyarakat di jalanan Bagdad. Hal tersebut pun menunjukkan sikap antagonistik dari al-Musta'sim, karena Kesultanan Mamluk di Mesir juga tidak menyukainya, sementara Ayyubiyah di Suriah fokus pada kelangsungan hidup mereka sendiri. Korespondensi lebih lanjut tidak membawa kemajuan apapun, kecuali kerelaan al-Musta'sim untuk memberi sedikit upeti—al-Alqami menyatakan akan memberi upeti dalam jumlah besar, tetapi dawatdar menganggap bahwa al-Alqami berupaya untuk mengosongkan harta al-Musta'sim dan memenangkan hati Hulegu.
Kehilangan kesabaran, Hulegu kemudian berkonsultasi dengan para penasehatnya mengenai penyerangan terhadap Bagdad. Astronom Husam al-Din meramalkan malapetaka, dengan menyatakan bahwa semua penguasa yang menyerang Bagdad kemudian kehilangan kerajaan mereka. Hulegu lalu beralih ke polimatik Nasir al-Din al-Tusi yang menyatakan bahwa tidak ada bencana yang akan terjadi dan bahwa Hulegu akan berkuasa menggantikan al-Musta'sim.