次日凌晨，阿沙敢不即率三万党项骑兵增援黑水城。
党项骑兵以每日二百里的速度急行军，十余日后赶到黑水城下。
此时六万余蒙古骑兵正在围攻黑水城的西夏骑兵，阿沙敢不见此情景，赶紧率领三万党项骑兵从后面向蒙古骑兵发起进攻。
将近十万的骑兵又在黑水城东边的沙漠地带展开一次骑兵大战。
党项骑兵确实是西夏军队中的精锐部队，这几年西夏朝廷又对他们加强训练，战斗力不输女真骑兵。
两支骑兵大战三天三夜，最终西夏骑兵主要因为兵力原因，不敌蒙古骑兵，逐渐处于劣势。
阿沙敢不的副帅对阿沙敢不说，元帅，再这样打下去，部队会被打光的，我们还是撤退吧。
阿沙敢不说，撤退？蒙古骑兵如此神速，我们跑的过他们吗？
副帅说，往东南方向二百余里，是贺兰山脉最西北角的浑垂山，那里地势险要、易守难攻，驻扎有我军一支万人队，我们可以撤退至此处。
于是阿沙敢不命令自己的亲兵侍卫先行，通知浑垂山守军准备接应党项骑兵。然后自己率领西夏骑兵一边反击一边往东撤退。
成吉思汗见党项骑兵东撤，决定亲率蒙古骑兵主力追击党项，留第七、第十万人队和所有的重兵器车，由窝阔台任主帅，耶律楚才为副帅，也遂妃为监军，继续围攻黑水城。
成吉思汗对窝阔台说，三日之内必须拿下黑水城，破城以后，鸡犬不留！
窝阔台说，尊成吉思汗命。
成吉思汗率蒙古骑兵主力追击党项骑兵后，窝阔台让近两万骑兵休整一晚上后，次日凌晨继续围攻黑水城。
窝阔台首先命令撒兀儿指挥第七万人队操作两百余辆放弩车和抛石车向黑水城墙发起更加猛烈的进攻。此时第七万人队经过多日操作重兵器车，已很熟练，命中率都很高。至黄昏时分，黑水城墙很多地方已经破损不堪，防御工事几乎全被摧毁，城墙上面已经看不到站着的守军了。
撒兀儿对窝阔台，三王爷，城内守军已是穷途末路，末将愿率所部人马攻进城内，乘胜追击，一举消灭残军，今天晚上就拿下黑水城！
窝阔台说，不用急，我军也是十分疲惫，让全军休整一夜再行攻城。
次日凌晨，窝阔台指挥第七路继续使用重兵器车向黑水城墙发起进攻。攻击了半个时辰，城墙上一点动静都没有。
窝阔台命令第十万人队全部下马，推送攻城云梯向黑水城墙发起进攻，第七万人队进行掩护。
第十万人队下马就步，一边高举盾牌，一边推送攻城云梯缓缓向黑水城墙前进。
蒙古骑兵前进过程中，一路未遭遇抵抗，顺利抵达黑水城下，即开始通过攻城云梯攻城。
这时黑水城副将率领守军从掩体钻了出来，不断向攻城云梯上的蒙古骑兵抛掷石块。第十万人队只得高举盾牌进行抵挡。
窝阔台见此情景，即令负责掩护的第七万人队万箭齐发，压制城墙上守军的反击。
最终蒙古骑兵攻入城墙，对城墙上的残军进行剿杀，不到三千的黑水城守军不到一个时辰全部战死，黑水城副将和黑将军儿子均也身中数刀，以身殉国。
第十万人队迅速搬开堵在黑水城门的数块巨石，第七万人队骑马冲入城内，开始屠城。
黑将军夫人带着女儿站在黑水城一处暗河口处，看见蒙古骑兵冲入城内，本已万念俱灰的黑将军夫人咬咬牙，一把将女儿推入暗河，然后自己也跳入河中。
此时很多黑水城百姓已经渴死饿死，剩下看见蒙古骑兵攻入城内选择了自尽。
围攻黑水城多时的蒙古骑兵本想进入城内放纵一番，先杀死所有男子和老年女子，再把年轻女子奸淫后杀死，然后抢走所有的金银珠宝。结果蒙古骑兵进入城内，却见城内百姓几乎死完了，而且也没有搜到什么金银珠宝。
恼羞成怒的蒙古骑兵在城内到处放火，并使用抛石车攻击坚固建筑物，将这座古城彻底摧毁。