Хану Батыю пришлось перейти к планомерной осаде. Его войско «сташа станом пред Золотыми враты... множество вой бещислено около всего града», потом «начаша наряжати лесы и порокы ставиша до вечера, а на ночь огородиша тыном около всего города Володимеря». Непрерывно долбили деревянные стены камнеметные орудия — пороки. 6 февраля стены в нескольких местах были пробиты, но после ожесточенного боя в проломах защитники Владимира «во град их не пустили».

Решительный штурм начался 7 февраля. Снова была пробита пороками городская стена «у Золотых Ворот, у святого Спаса». Одновременно рухнули стены и в других местах Владимира: у «Ирининых», «Медяных» и «Волжских» ворот. Ордынцы ворвались в город. Примыкавший к Золотым Воротам «Новый город» они «взяша ... до обеда». Уцелевшие горожане бежали в Средний, «Печернии город», надеясь организовать оборону на внутренней стене. Но участь столицы уже была решена, потому что, по словам В. Н. Татищева, здесь «оборонять было уже некому, многих тут побили и пленили». Недолго продержался и Детинец, последний оплот защитников столицы. Описанный летописцами драматический эпизод сожжения ордынцами собора, где собрались княжеская семья и «множество бояр и народа», — последняя страница обороны великого города. Владимир пал.

Упорное сопротивление владимирцев, видимо, произвело большое впечатление на современников. Рашид-ад-Дин в своей «Истории Угедей-каана» среди записей о важнейших событиях специально указывал: «город Юргия Великого взяли в 8 дней. Они ожесточенно сражались»

Есть данные об упорном сопротивлении Переяславля-Залесского, который был хорошо укреплен; Н. Н. Воронин утверждает, что этот сравнительно небольшой город имел укрепления, «которые уступали только Владимиру». По свидетельству Рашид-ад-Дина, бои под Переяславлем„ продолжались пять дней, и взяли его ордынцы «сообща», т. е. большими силами.

22 февраля ордынцы осадили Торжок, крепость на пути к Новгороду.