元太祖五年(1210)春，蒙古部可汗铁木真统兵南下，直趋兴和县西北二百里处的乌沙堡，揭开了蒙古(元)与金战争的序幕。金主闻知，速派人请和，遭到拒绝。于是命西京留守胡沙虎行枢密院事，专主西京方面的兵权，以备蒙古南下。当时蒙古以克鲁伦河上游一带为基地，金守长城一线。
　　是年蒙古军攻下乌沙堡，又取野狐岭，大肆劫掠而去。次年三月成吉思汗复带兵南下，八月大军东攻，与金军三十万主力会战于会河川(河北万全县西)，成吉思汗率中路军攻会河堡各寨，以左路军木华黎攻金獾嘴(大同得胜口北)。木华黎军队攻占一昼夜，伤亡惨重。第二天攻打前，木华黎对军士讲：敌众我寡，不豁出命来便不能攻克。于是，亲率敢死队抡兵器冲入阵中，成吉思汗也率兵助阵，金兵一时溃不成军，蒙古军杀声震天，越战越勇，直杀得“伏尸遍野”，金之精兵良将死伤大半，金将胡沙虎退到会河堡，被蒙军包围，一场血战，全军覆没。这次战争场面之宏大，拼杀之激烈，在大同战争史上颇为罕见。
　　十一月，成吉思汗命令大军从白登山两侧直扑金之西京大同府。力攻七天七夜，西京守将率领部下一百多骑弃城突围，西京各军群龙无首，也都纷纷向东退却。蒙古军派精骑三千追赶，金兵大败，追到翠屏山口，又被击败，溃军逃到居庸关，居庸关守将开门收容败兵时，不料，蒙古骑兵已追至城下，冲入关内，直指金之中都(北京)，成吉思汗攻下云内、东胜、武、朔等州，分别抢掠而去。
　　元太祖七年(1212)八月，元军再次包围西京，金之元帅左都监奥屯襄率师来救，成吉思汗派兵将其诱到密谷口，设伏截击，全军伤亡殆尽。奥屯襄只身而逃。接着，元军进攻西京，后因成吉思汗被流矢射伤而撤围。
元太祖十三年(1218)秋八月，木华黎从西京入河东，克太原、平阳及忻、代、泽、潞、汾、霍等州，大同府从此进入元之版图。