Князья Всеволод, Мстислав и все бояре и горожане, стоя на стенах, заплакали в голос, увидев князя Владимира в руках врагов.
Татары же отъехали от Золотых ворот и начали окружать город тыном и придвигать к стенам осадные орудия, подготавливая штурм хорошо укрепленного города.
Земляные валы и стены Владимира имели протяженность семь километров, ширину 20 метров и высоту 7 метров. Они служили защитой 40-тысячному населению. Однако толщина стен была менее метра, и они не могли выдержать ударов камнеметов, не говоря уже о стенобитных орудиях. Увидев приготовления татар, князья Всеволод и Мстислав стали укреплять свою дружину, так говоря: «Братья, лучше нам умереть перед Золотыми воротами за Святую Богородицу и правую веру, нежели сдаться поганым!» А воевода Петр Ослядюкович добавил: «Язык немилостивый навел на нас Господь за наши прегрешения!»
Рано утром 7 февраля штурм возобновился. По примету — наваленным сырым бревнам и хворосту — и через проломы в стенах, особенно возле церкви Святого Спаса, враги ворвались в город. Они проникли в западную, княжескую часть города у Золотых ворот, затем со стороны реки Лыбеди — к Орининым и Медным воротам, и от Клязьмы — к Волжским воротам. Войсками командовал Бурундай-багатур. Беспощадный рукопашный бой продолжался целые сутки. Защитники отступили за валы старого города в Печерний город, у стен которого в последней схватке пали сыновья великого князя. А их мать великая княгиня Агафья Всеволодовна вместе с дочерью, снохами, внуками, а также бояре, духовенство и горожане укрылись в Успенском храме на хорах. Многие в ожидании неминуемой смерти приняли пострижение в монахи. Все истово молились и плакали. Татары подожгли храм. Едкий дым распространился по всей церкви. Люди задыхались от неимоверного дыма, некоторые сгорели заживо. Татары ободрали ризы икон, взяли драгоценные камни, золотые и серебряные сосуды и кресты, содрали позолоченные листы с куполов. Так погибла ненаглядная красота — главная святыня Владимиро-Суздальской Руси, усыпальница русских князей и епископов.
Персидский историк Рашид ад-Дин в своей «Истории Угедей-хана» вынужден был признать героизм владимирцев, до конца защищавших свой город: «Город Юрия Великого взяли в восемь дней. Они (осажденные. — Ю. Б.) ожесточенно сражались».
Когда великий князь стоял станом в заволжских лесах, на реке Сити, под селом Станиловым, прискакал гонец из Владимира и принес горестную весть, что «Владимир взят татарами, и огнем сожжен, жители убиты, другие уведены в плен, церковь соборная разграблена и огнем спалена, владыка Митрофан и княгиня Агафья с дочерью Феодорой и внуками, и со снохами Марией и Христиною погибли в огне, а сыновья Всеволод и Мстислав убиты в сражении, а оставшиеся в живых к тебе идут». Великий князь вскричал «великим гласом», уподобившись Иову Праведному: «Господи! Се ли годе Твоему милосердию?», и заплакал, повторяя: «Ох, мне, Владыко, что ради ныне остался один?» Вскоре он послав в сторону Волги в разведку воеводу Дорожа с 3 тысячами воинов. Дорож возвратился 3 марта и доложил князю: «Уже обошли нас, княже, татары! Идут от Ярославля». Этого великий князь не ожидал. Он думал, что татары придут со стороны Мологи, от Кашина, и не так скоро. Не дождался он и военной помощи. Брат Ярослав в то время был далеко, в Киеве. Сильные новгородские полки во главе с князем Александром не пришли: они готовились оборонять свой город. От Белоозера тоже не было подмоги. Дружина князя Ивана опаздывала. Правда, на Сить пришла дружина юрьевского князя Святослава Всеволодовича, но она была малочисленной.
Еще стоял сильный мороз, и в лесу лежали большие сугробы; передвигаться можно было лишь по льду замерзших рек да по лесным просекам. Разведка монголов хорошо поработала, и расположение военного стана Юрия не представляло для них секрета. Монголы встали станом у села Семёновского, на Войсковом ручье, впадающем в Мологу. Они не стали ждать, ударили по русским войскам, стоящим по деревням. Начался жестокий бой. Сражающиеся рассредоточились на большом расстоянии, до 80 км, по течению рек Сити и Мологи. Великий князь и князья Василько Ростовский, Всеволод Ярославский, Владимир Углицкий, Иван Стародубский, Святослав Юрьевский сражались доблестно, в первых рядах воинов, но были вынуждены уступить численно превосходящей их силе. Главная сеча происходила в истоках реки Сити, возле деревень Боженки и Могильница. Подле деревни Игнатовой, на дороге, проложенной по склону горы, ведущей к Плотицам, по преданию погиб великий князь Юрий. Он бросился бежать по новгородской дороге, но его возок угодил под обстрел субарчийских лучников. Юрий попытался спрятаться в лесной чаще, соскочив с возка, но увяз в глубоком снегу. Некий монгол по имени Нарык ловко подъехал к нему и отрубил голову острой саблей. Он насадил отрубленную голову на древко боевого знамени и так ездил с нею, а потом бросил.