Осенью 1240г. Бату-хан смог продолжить военные кампании на Руси. Теперь предстоял удар на Киевскую землю. Монгольские войска прорвали укрепления русских дружин, сооружённые вдоль реки Нижняя Рось, о которые не раз разбивались половецкие набеги, и подвергли опустошению бассейн рек Рось и Россава (причём огню и мечу предали 23 населённых пункта). Поочерёдно пали под ударами монголов городки-крепости Витичев, Василев и Белгород, прикрывавшие Киев.
Один из крупнейших городов не только Руси, но и Европы Киев в 1203 г. потерпел невиданный в своей истории погром от дружин смоленского и черниговского князей, объединившихся с половцами. С тех пор Киев не сумел достичь прежнего уровня и величия.
Но, тем не менее, «Матерь городов русских» не потерял прежнего статуса. Город, расположенный на высоких холмах, был хорошо укреплён и подготовлен к долгой осаде. Археолог М.К. Каргер, обследовавший валы «Ярослава города» высотой в 12 м и общей протяжённостью в 3,5 км, пришёл к выводу, что они являлись самыми мощными валами в Древней Руси. Но укрепления Киева не ограничивались этим. Несколько валов и оборонительных сооружений должны были пройти захватчики, чтобы дойти до центра города. Многочисленное население Киева в момент опасности могло взяться за оружие и составить подмогу княжеской дружине. Как считают исследователи, в Киеве XIII в. проживало 50 тыс. жителей.
Но город не был готов встретить грозного врага. Перед лицом смертельной опасности князь Михаил Всеволодович бежал в Венгрию, а незадолго до Батыева нашествия скончался новый князь Владимир Рюрикович. Воспользовавшись отсутствием прямых претендентов на княжеский престол, один из смоленских князей Ростислав Мстиславич прибыл в Киев и провозгласил себя князем. Но галицко-волынский князь Даниил Романович как в былые времена решил с головой окунуться в междоусобицу, чтобы продемонстрировать свою силу, и двинулся на Киев.
Будто не было опасности извне. Даниил был на порядок сильнее: он разбил дружину Ростислава и изгнал его из многострадального города. Однако Даниил не назначил нового князя, а оставил воеводою тысяцкого Дмитра. Вполне возможно, что в это смутное и полное тревог время никого не льстила перспектива стать князем в Киеве. Вряд ли эти «рокировки» способствовали поднятию духа и смелости киевлян.
28 ноября 1240 г. подразделения Бату, Орду, Хайдара, Бури, Гуюка, Хадана, Бурундая и Субедея подошли к стенам Киева, отрезав город от внешнего мира .
Летописец писал: «Не слышно было человеческого голоса от скрипа телег, рёва верблюдов и ржания лошадей».
Б.А. Рыбаков пишет:
"Во время нашествия Батыя жители городов прятали свои драгоценности в землю. До сих пор при земляных работах в Киеве и других городах находят эти клады"
Об этом также пишет М.К. Каргер в своей фундаментальной работе «Древний Киев».
Войска Батыя после непродолжительной подготовки сразу приступили к штурму: они нанесли главный удар по Лядским воротам.
В.Н Шевяков образно описывает штурм города:
"С помощью китайских метательных машин монголы швыряли в город камни, брёвна, трупы людей, горшки с подожженным жиром, метали так называемый греческий огонь. Город пылал, обе стороны со страшным криком вступали в рукопашную схватку. Стены Киева содрогались под ударами тяжёлых таранов. Враги подкатывали к стенам города турусы (дощатые башни на высоких колесах), и сидевшие в них воины пускали в дома зажжённые стрелы, выскакивали на стены и падали под ударами русских; турусы разлетались в щёпки, изрубленные острыми русскими секирами. Шум битвы не умолкал с утра до ночи, с ночи до утра, сутки за сутками".
Тараны, беспрестанно бившие по Лядским воротам уже несколько дней, проломили стены. Отныне исход битвы не вызывал ни у кого сомнений. Тысяцкий Дмитр, лично руководивший обороной города, был ранен. Монголы, тесня киевлян, ворвались в город. Медленно двигались вперёд захватчики, преодолевая валы и оборонительные сооружения.
«Киевляне обороняли каждый дом, каждую улицу. Только по трупам защитников древней столицы, задыхаясь в дыму пожаров, теряя множество воинов убитыми и ранеными, завоеватели продвигались вперёд», —так рисует В.В. Каргалов борьбу внутри города.
Последним очагом сопротивления стала Десятинная церковь, где укрылись все те, кто даже в этот безнадёжный и беспросветный миг отказался встать на колени перед завоевателями. Озверевшие монголы подкатили к церкви тараны и пороки, которые разрушили её. Церковь рухнула, похоронив под собой последних защитников города.
Как отмечает летописец, Бату-хан, восхищённый мужеством и патриотизмом Дмитра, которого заарканили с оружием в руках, приказал оставить его в живых. Таким образом, 6 декабря Киев был взят монголами (по другим данным, 19 ноября145). Непосредственным следствием поражения стала утрата Киевом статуса центра Руси.