1230年夏，窝阔台亲自领军出征，开始了对金国最后的战争。
当时金国的皇帝是完颜守绪。1229年，窝阔台登位后，完颜守绪派使者带着赠送成吉思汗的赗仪来吊丧。这使者来得真不是时候，成吉思汗都去世两年了，他才来吊丧。不过，这也不怪完颜守绪，主要是当时金廷的意见不统一，怎么对待成吉思汗死后的蒙古帝国，大家各执一词，争论不休。最后主张修好关系的一方占据上风时，已经过去两年了。这原本是窝阔台大喜的日子，他却来吊丧，窝阔台不禁大怒，说：“你们皇帝迟迟不降，才使圣主死于戎马劳顿之中！这都是你们的罪过，朕岂能忘记，接受你们什么赗仪！”
使者带着赗仪回去后，完颜守绪大吃一惊，心里更加害怕，于是带了成箱的金银财帛，又重新到来，庆贺窝阔台登汗位。窝阔台轻蔑地一摆手，仍然不要，让使者原样带回。这时候，他的心里已经在考虑着灭亡金国的事情了。
完颜守绪碰了两鼻子灰，再也不存幻想，一心一意做起对付蒙古人进攻的准备。他把主要兵力集中在天险潼关，同时以京兆、凤翔、庆阳、平凉等地为策应，筑起了第一道防线；然后在潼关以东的阌乡设置行省，合并陕西行省东、西二路，筑起第二道防线；又调集精兵屯驻钧州、许州，作为汴京的外围保护，形成第三道防线，想以此与来犯的蒙古人决一死战。
窝阔台遣回金国使者后，立刻派出朵忽鲁为先锋军，挺入金境，攻取金国重镇庆阳。朵忽鲁是窝阔台的那可儿，骁勇异常，打起仗来身先士卒，奋不顾身，窝阔台很欣赏他。窝阔台希望他能用一场大捷拉开伐金的序幕，讨个头彩，同时也为他增光。
朵忽鲁在围住庆阳后，又亲率8000名精兵直扑宁州，想扩大战果，没想到在抵达大昌原的时候却吃了败仗，而且这败仗吃得十分窝囊，竟被金国忠孝军提控（官职，行提辖控制、总领之责，始置于宋代，金代设置更为广泛）完颜陈和尚搅得天翻地覆，杀得大败溃逃，还被完颜陈和尚一路追赶，解了庆阳之围。
朵忽鲁没有给窝阔台添彩，反而在他脸上泼了粪，朵忽鲁本人也在战场上一命呜呼。这让窝阔台脸上很挂不住，他只得找来拖雷、速不台、斡陈、史天泽、蒙哥等人商量对策。窝阔台说：“拖雷贤弟，众爱卿，这女真人曾杀死了我们的先祖，现在又打败了我们的军队，此仇不报，我窝阔台枉为蒙古合罕。众爱卿说说有何伐金良策？”
史天泽摇摇头说：“据臣所知，金国对我们构筑了三道坚固防线，再加上有大河、潼关等天险，要想在短时间内攻下来，并不是一件容易的事。木华黎、孛鲁两代以及微臣都和他们征战多年，推进的速度也不明显啊！”
拖雷说：“其实伐金的战略，父汗在去世前已经留下遗嘱，要我们假道南家思境内，绕过重兵把守的潼关，直取汴京。金兵为解汴京之围，必然率军来救，那时候我们再以逸待劳，不愁消灭不了他的有生力量。有生力量没了，城池再坚固，我们也不怕！”
窝阔台有些脸红地说：“是啊，圣主早已给我们定好了策略，我怎么给忘记了呢？”事实上，派朵忽鲁先期进攻，他是没同大家商量过的。
这时候蒙哥上前补充道：“假道伐金自然是好，但不可死守此法。如果我们只有一路人马攻进去，即便攻到汴京，也相当于钻进了金人的口袋，围点打援没有成功，还可能腹背受敌。不如我们兵分几路，同时跟进，牵制敌人兵力，这样效果才会明显。”
众人纷纷点头，经过商议，决定兵分三路出击。拖雷、速不台率主力大军渡过黄河，进军陕西，袭取韩城；史天泽袭击卫州，作为拖雷主力大军的策应；窝阔台则率中路军越过阴山，沿黄河东岸一路南下，进逼汴京。
窝阔台忽然对蒙哥说：“蒙哥，这次作战你和我一路，你当我的先锋军，如何？”
蒙哥高兴地说：“好啊！儿臣自当尽心竭力，不辜负合罕期望。”
窝阔台同时还把他的另外一个儿子阔出也带到战场上。
蒙古三路大军的进度并不统一。1230年7月，窝阔台、蒙哥的中路军在越过阴山进入山西境内后，攻下天成堡，经西京，至应州，在雁门关激战，又先后攻破代州和石州，进攻比较顺畅。
但是史天泽那边就麻烦一些了。史天泽及其兄史天倪都是木华黎、孛鲁麾下的大将，1225年春，他接替病逝的哥哥任都元帅职务。1228年，孛鲁去世，次年，窝阔台合罕作伐金动员，封史天泽为五路万户。史天泽进攻的卫州，守将是武仙，这个人曾在1225年叛乱时，将史天泽打败。不过，这次当史天泽围攻卫州时，完颜守绪急调完颜合达、移剌蒲阿领兵10万来救。完颜合达又派出曾打败朵忽鲁的名将完颜陈和尚率3000名忠孝军作先锋来战。完颜陈和尚又打败了史天泽军。
完颜陈和尚原名完颜彝，小字陈和尚，名将之后。曾在丰州被蒙古军俘虏，供役在大帅帐下。后来他以回丰州探母为名，与其兄巧妙地逃脱蒙古人的追赶，带着其母亲南渡黄河归金。金宣宗完颜珣听说后，给他兄弟两人都封了官。1227年，他任忠孝军提控。忠孝军本来是由各族被俘虏及避罪来归者组成的，情况复杂较难管制，不过陈和尚治理有方，将士都俯首听命，成为金军的一支劲旅。先前以400人打败朵忽鲁8000人，可以说创下了蒙金交战史上的一大奇迹，而这次又以3000人击退史天泽大军，解了卫州之围，立下了赫赫战功。
拖雷率军渡过黄河，攻取韩城后，便与速不台商议，兵分两路。拖雷进攻凤翔，速不台入陕西，围攻潼关，以策应拖雷。
凤翔是一个非常重要的战略基地。在金国对蒙古构筑的第一道战略防线中，如果把潼关比喻成鹰嘴，那么凤翔、京兆、平凉、庆阳等相当于鹰的翅膀，其中凤翔则更是翅膀的骨节。
拖雷围住凤翔后，凤翔守军把求救信雪片一样发往金廷。完颜守绪着急了，再次命令完颜合达、移剌蒲阿为正、副枢密使率军前往解救，但是，两人接到完颜守绪的命令后，颇为踌躇。完颜合达说：“速不台正率军往潼关方向赶来，如果我们现在把大军主力开往凤翔，潼关不是就没有救援了吗？比较而言，潼关的战略意义可比凤翔重要得多啊！”
潼关系天险，又有重兵把守，就算真被围了不去救它，恐怕蒙古人一年半载也攻不下来。完颜合达此话，显然是害怕拖雷的神勇，不敢接仗。不过大家都不反驳，纷纷点头同意。
移剌蒲阿就像给完颜合达注解一样，接着说：“拖雷远道而来，不惯攻城，又无粮草接应，我看他在凤翔呆不了多久。不如我们再等一等，等他粮草耗尽，欲战不得、欲留不能的时候，我们再全线出击，不愁不打他个落花流水。”
于是两个最高军事长官便以“将在外，君命有所不受”的姿态，带着大军在一边兜圈子，等待拖雷弹尽粮绝。
可就在这犹豫间，凤翔府已经被拖雷的强弓硬弩、飞石走炮攻陷。凤翔一陷落，就像鹰翅的骨架散了一样，平凉府、庆阳府守军吓怕了胆，纷纷不战而降。
完颜合达、移剌蒲阿正不知该怎么向完颜守绪交代的时候，速不台攻破小关，攻掠卢氏、朱阳，向潼关方向奔袭而来。这时，潼关总帅纳合买住一面领兵拒战，一面向完颜合达求援。完颜合达赶紧抓住这个机会，派常胜将军完颜陈和尚率领忠孝军1000人，都尉夹谷浑率军1万人前往救援。结果速不台寡不敌众，败退而去，金兵一直将他追到谷口。
拖雷凤翔一战，军威大震，所有人都对他交口称赞，尤其是和朵忽鲁大昌原战败、史天泽卫州战败、速不台潼关战败一对比，他的取胜就更被大家看重，都纷纷夸他是战神。
1231年5月，窝阔台移居官山九十九泉避暑，并像他父亲成吉思汗一样，召集诸王、大臣及大将，开阶段性总结会。
会上，他肯定了拖雷在凤翔的大胜。他说：“凤翔胜利的意义，不仅仅在于攻破了敌人一座城池，消灭了敌人相当一部分精锐部队，更重要的是，他让我们在伐金的道路上找到一块很好的跳板。我们蒙古军可以从这块跳板出发，向敌人发起更大规模的进攻！”
不过他话锋一转，马上就批评了速不台：“老将军攻城不是一向都很厉害吗？为什么这一次还没有围住潼关就被人家打败了呢？你要知道，潼关在金国的战略地位，其意义不下于凤翔。潼关不破，我们要想消灭金国，说不定又要推迟几年，老将军难道连这个道理都不明白吗？”
拖雷赶紧出来解围：“合罕恕罪，这件事也不能全怪速不台将军。潼关原本是天险，内有精兵据守，外有援兵夹击，速不台将军兵力不足，要想攻破潼关本来就是很困难的……”
窝阔台打断拖雷道：“兵力不足？那个完颜陈和尚有多少兵力？第一阵在大昌原时是400人，第二阵在卫州是3000人，第三阵在潼关是1000人。而我们呢？我们的人数是他的几倍、十几倍，我们为什么连连损兵折将？如果从杀敌征战的年龄来说，老将军也差不多是那陈和尚的两倍，难道老将军真的老了吗？”
速不台脸涨得通红，呼呼喘着粗气，憋了半天才说：“老臣愧对合罕！老臣还不老，请合罕再给老臣机会，老臣定能证明自己！”
拖雷不明白窝阔台为什么发这么大的火，要说打败仗，史天泽也打了败仗，虽然最后史天泽又重新攻破卫州，但是谁能确定身经百战的常胜将军速不台赢不回来呢？拖雷看到速不台难受，又站出来说道：“合罕息怒，这次速不台将军攻打潼关，本来就是为了掩护臣弟打凤翔。是他拖住了完颜合达和移剌蒲阿的大队人马，臣弟才能一心一意攻城。否则的话，臣弟也不会有那么顺利的！”
速不台感激地望了拖雷一眼。
拖雷接着说道：“臣弟认为，潼关固然重要，但即便攻不下来，也没什么关系。因为我们的策略原本就是要绕过潼关，直捣汴京，从而把潼关之敌引出来。这个战略，我们要一以贯之地执行下去。”
窝阔台沉默了一下，说：“速不台，既然四弟给你求情，朕就暂且不处罚你，看你以后的立功表现。各位将军，我们来讨论一下接下来该怎么行动……”
经过一番商议，决定仍然兵分三路。一路为左军，由斡陈率领，从济南出发，南下徐州，而后由东向西进军汴京；中军由窝阔台亲自率领，蒙哥为先锋，攻击河中府，再由孟津强渡黄河，直指汴京；右军由拖雷率领，速不台辅助，从凤翔出发，渡过渭水，向南家思借道，进至唐州、邓州，迂回至汴京侧后。三路大军约定于1232年春会师汴京。这就是假道伐金的策略，其中斡陈和窝阔台都是为了给拖雷牵制金国兵力，让拖雷能够顺利地绕过去。
窝阔台率军一路打来，于1231年9月打到河中府。
完颜珣迁都的时候，就有人向他建议迁到河中。这是一个军事要塞，兵家必争之地，但是完颜珣显然没有誓死抗敌的那种胆略，结果把都城迁到舒适安逸的汴京。
河中府守军看见蒙军几万人马踩着遮天蔽日的黄沙滚滚而来，非常恐惧，赶紧派人向完颜合达和移剌蒲阿求救。完颜合达忙派元帅王敢领1万金兵前往增援，加上城中原先的人马，共有2.5万兵力。
木华黎伐金的时候，为获得河中府曾与金军进行过几次殊死的争夺，几度夺回来，又几度失陷。这次蒙古军虽有5万人，兵力差不多是守军的两倍，但是要想在急切之间攻下来，也非易事。这时候，蒙哥向窝阔台建议，不如做好长期围攻的打算，一来可消耗城中兵力粮草，二来可以为拖雷牵制住更多的兵力。
窝阔台同意蒙哥的战略，于是蒙哥一边佯攻，一边在城外构筑高台，同时就地打造攻城器械。有一些攻城器械还是他在跟着孛鲁欢及亦思马因学习时设计出来的，他一直没有来得及试验。这让他既兴奋，又不安。这次攻金的时候，他就把那些器械一并带了来，同时，还带了大批工匠，以便及时对那些在实战中不太适合的地方加以改进。
蒙哥请窝阔台安心地在大帐里喝酒，他每天都到阵地上巡视，和工匠们研究那些攻城器械。窝阔台喜欢喝酒，而蒙哥喜欢鼓捣那些器械，两人各得其所。
蒙哥每搞好一个新器械，就开始试验。他并没有攻城，只是把这座城市当成他演习试验的实验室。如果效果明显，他就把器械搬到高台上，或者安放在城墙外合适的地方。如果效果不理想，他就招来工匠讨论，研究改进措施。
他还对现有的机弩进行了改造，他在机弩上加了一个转轮，这样发射的人便能毫不费力地发射出更远更多的弓箭。他把这样的机弩搬到高台上实验，士兵只需轻轻一扳，那箭就像雨一样密集地往城中飞去。蒙哥从高台上看见守城的士兵被这一阵箭雨打得慌乱地奔跑嘶号。他微微一笑，停住发射，只把一架架机弩摆在那。
蒙哥又对回回炮进行了改进。在他跟着亦思马因学习的时候，他已经和亦思马因对回回炮做了很好的改进，他们改变了原先回回炮人工发力的办法，改用重锤做动力，即在杠杆短的一端挂上重物，又有一个挂钩，当石弹装好，打开挂钩，重物下压，就可以将石弹抛出。
这一次的改进，蒙哥是在杠杆的臂上刻上刻度，石弹放在不同的刻度上，飞出去的距离就不一样，这样，回回炮除了力量大、速度快外，其准度也非常高，几乎可以达到想打哪就打哪的地步。
一群士兵围着蒙哥刚改装好的回回炮嘻嘻哈哈地笑，他们不相信这机器真的那么准。蒙哥说：“不信吗？好，我试验给你们看。你们说打哪？”
