在大军出发之际，旭烈兀再次遣使告诉忽儿沙：“出征已经开始了。不管木剌夷过去的罪恶如何，只要忽儿沙臣服出迎，我们就可以对他的罪行以及他的臣民加以宽恕！”

忽儿沙马上派宰相来见旭烈兀，说，自己愿意投降，同意毁掉寨堡，但是，请求保全他们古老的住所阿剌模忒堡和柳木别雪儿堡，并再次请求延迟一年出降。为了表明自己的诚意，他派人去通知还在艰苦抗战的吉尔迭苦黑和塔黑塔沙木堡垒投降。

对于忽儿沙的有条件投降，旭烈兀还是非常不满意，决定通过战争向忽儿沙施加更大的压力。于是旭烈兀继续率领大军向木剌夷腹地进军，并在途中攻下了一个寨堡，同时派遣急使告诉忽儿沙，要他马上投降。

忽儿沙说，他愿意派出他的儿子和三百名木剌夷人作为人质，到旭烈兀这里来，并答应拆毁所有寨堡。（你说这个忽儿沙，这样一步步的拆掉自己的堡垒，不是更加使自己被动了吗？真不知道他怎么想的。）

旭烈兀听到忽儿沙这样说，就暂时命令大军停止前进。等待忽儿沙来投降。

1256年10月8日，忽儿沙派出的一大堆达官贵人和一个七八岁的孩子来到旭烈兀处，并说这个孩子是他忽儿沙的儿子。旭烈兀看到这个可爱的小孩子，非常高兴，抱在身边和他玩耍了一会，然后打发他回去，旭烈兀为什么没将这个孩子留作人质呢？据说，这个小孩子并不是忽儿沙的儿子，是一个冒牌货。旭烈兀也怀疑，问了和他同来的人，但是那些人都异口同声说这是忽儿沙的儿子。但是，这样的诡计怎么能够骗过老江湖旭烈兀呢，于是他也不揭破，只是把这个小孩子送回去了。

旭烈兀告诉使者说：“如果忽儿沙实在不能自己来，可以派遣他的兄弟来！”

呵呵，姜到底还是老的辣，旭烈兀不要忽儿沙的儿子做人质，要他的兄弟做人质，这下你总不能再弄一个冒牌的兄弟来吧。忽儿沙没办法了，只好派遣他的一个叫做失兰沙的兄弟带着三百个人来了。

第一回合，这个忽儿沙就败在了旭烈兀的手下。无论是玩军事，还是玩手腕，这个忽儿沙都不是旭烈兀的对手。

旭烈兀看到忽儿沙的兄弟来了之后，于是就下诏告诉忽儿沙说：“鉴于忽儿沙已经表示听命归顺，我决定宽恕他的父亲和他的臣子犯下的罪行；至于忽儿沙本人，自从他登基以来，并没有犯下任何罪过。他可以拆毁寨堡，他可以放心，在任何情况下我都不会触犯他！”

政治从来都是玩诡计的。特别是两国交兵，绝对不能轻信。忽儿沙的投降是一种拖延策略，作为一代枭雄的旭烈兀当汗然不会上当受骗。反过来，他也用稳军之计在欺骗麻痹忽儿沙。就在他给忽儿沙一颗定心丸的时候，他的部队已经悄悄地进发，从四面八方向忽儿沙发起了猛烈的进攻！

呵呵，忽儿沙这下来了个措手不及，这个老骗子这下受骗了。于是，他派人去责问先锋不花帖木儿：“我们已经归顺，并且在着手拆掉寨堡，你们为什么还要来围攻我们？”不花帖木儿回答也很有理由：“既然你们都已经决定投降了，我们到我们的牧场上来又有什么奇怪呢？”

1256年11月8日，旭烈兀带着大军来到了忽儿沙居住的麦门底斯堡。无数的大军来到堡下，把堡垒周围围了个水泄不通。

麦门底斯堡地势非常险峻，有一首诗是这样描绘它的

人们不能攀登它的巅峰，鸟也不能

哪怕秃鹫和老鹰也办不到

登山者对它不抱希望

只有他的狗对着星星吠叫

麦门底斯堡的修建还有一段历史：忽儿沙的父亲阿剌丁决定修建一座最险峻的堡垒，他下令说：“为我修建一座我可以抵达天路，那天空大路的楼阁。”他手下的官员花了十二年时间，踏遍了国内许多地方，终于找到了一座险峻的山峰，开始修建堡垒。

峰顶上有三股泉水，山腰有一条溪流，堡内水源充足。这里群山交错，连鹰隼都从隘道退缩，野兽都从山下绕行，忽儿沙曾经夸口说：“任何人要想围攻他都是不可能的！”

他还兴致勃勃地说：“洪水从从我这里往下奔流，飞鸟还没有我高！”呵呵，这个麦门底斯堡真还是个险峻的地方呢？

这样一个地方，虽然围住了，但是要攻下来基本上还是不可能的；加上该堡可以自给自足，有水有田，可以自己种粮食。旭烈兀虽然围住了该堡，但是，就像老虎抓住刺猬一样，无从下口。

旭烈兀绕着这个周长有180华里路的堡垒走了一圈，查看地势，看到这里确实是很难攻下。

这下，蒙古军队就骑虎难下了。是围攻还是回去？一派说：“现在是冬天，冷，马瘦。部队战斗力不强；加上粮食要从亚美尼亚运过来，路途遥远。还是回去，等明年春天再来！”

但是，以先锋不花帖木儿为代表的人坚决不肯撤退，认为围住之后再撤退，就会让敌人看笑话，下次想再来征服就更困难了。

旭烈兀决定派出使者进行最后一次威胁，他警告忽儿沙说：“如果他能投降，就能让许多人的生命得以挽救；如果过5天还不来归顺，就让他加固城堡，准备作战吧！”

这个最后通牒给忽儿沙造成了极大的心理压力，他和身边的大臣商量，大家都默不作声。

忽儿沙站在麦门底斯堡往山下看去，多如蚂蚁的人马把麦门底斯堡像蛇一样围了七个圈。在白天的时间里，他尽力远望，眼光所及的都是旌旗和人马；到了夜里，营火遍地，大地好像是布满星星的天空。

但是，忽儿沙还是想负隅顽抗，不肯投降。

蒙古人决定进攻，他们把射石机搬上险峻的山巅。

就这样，双方展开了激战。蒙古人用射石机和弓箭进攻，蒙古人的射石机可以把碗大的石头射向2500步远的地方。一步就算50厘米，2500步，就有1200米远，相当于现在一只普通步枪的设计距离。很多木剌夷的士兵被石头砸中和箭射伤。

山上的人也拿石头往下砸，但是，由于武器落后，对蒙古人造不成伤害。

见识蒙古人的厉害之后，忽儿沙请求停止战争，他派人对旭烈兀说：“因为我不知道陛下亲自到来，所以我一直避而不出；军队现将停止战斗，今天或明天我将出堡。”

旭烈兀同意他第二天出堡投降。

第二天，忽儿沙派人给旭烈兀送来一封信，说：“在我本人赶来觐见您之前，准备了一些礼物。但是我的一些手下生气了。说我投降就要杀死我，因此计划不得不延迟。”

这仍然是忽儿沙拖延战术的一部分，他希望拖延几天，靠天气变冷，天上下雪，这样蒙古人就无法在冰冻的时候发起进攻。

旭烈兀当然知道这个反复投降的家伙心里打的是什么算盘。他告诉忽儿沙说，忽儿沙还是先保证自己的安全，投降的事以后再说。

第二天，蒙古人发起了总攻，射石机射出的石头像雨点一样砸向忽儿沙的士兵，它的士兵很多人被石头砸死，其他人则像老鼠一样躲进石洞。

最后，意识到自己无法抵抗旭烈兀，忽儿沙决定投降。他派自己的一个兄弟和手下官员，带着大量的金银珠宝，来到旭烈兀的大营，准备投降。

1256年11月20日，忽儿沙在宰相的陪同下，走出寨堡，来到旭烈兀的大营，正式投降。

历史上这样描述投降的情形：

当阿拉伯历654年来临

在十一月初一星期日的清晨

亦思马音派君主忽儿沙从王位上起立

来到旭烈兀御座之前

旭烈兀看到了这个投降的年轻人，发现他是一个年轻幼稚不懂事的人，于是亲切对待他，向他许诺不会为难他。

他的家人和士兵带着财物走出了寨堡，蒙古人开进了麦门底斯堡，开始拆毁建筑。

忽儿沙派人到各地的寨堡中去，要他们放弃抵抗，拆毁寨堡。100多个寨堡就这样听话的投降了。