公元一二一七年八月，木华黎率领大蒙古国第四路军十万余人马，向忻州开进。

中都距忻州一千余里，木华黎大军行军十余日后，来到忻州，于石抹明安所部合军一处，兵马增至将近二十万。在等木华黎大军到来之前，石抹明安还命人打造了上百辆重兵器车。

木华黎大军在忻州休整五日后，继续南下向太原府开进。

而此时的郭文振也聚兵愈十万之众，并也打造了大量重兵器车，修缮了防御工事。

不过郭文振不愿被围而战，而是主动出击，他亲率七万人马和一百辆重兵器车布防于汾河南岸，摧毁所有桥梁，严阵以待木华黎大军到来。

金军在汾河刚好完成布防，木华黎大军就开到汾河北岸。汾河水面并不宽，最宽处最多两里，最窄处仅有半里。

木华黎一边指挥大军使用重兵器车攻击汾河对面的金军，一边让石抹明安带人沿汾河岸边收集船支。

木华黎大军不断使用重兵器车放长箭、抛石块攻击金军，郭文振也指挥金军使用重兵器车反击，双方均有伤亡。

三日后，石抹明安已经收集船支百余艘。木华黎即命令全军在重兵器车的掩护下，强行渡河。

此时汾河南岸，七万金军已被木华黎大军的重兵器车攻击的不敢靠近岸边，乘坐船支的蒙军纷纷上岸，向金军发起进攻。郭文振见蒙军步兵上岸，便指挥金军冲上去阻击。但随着上岸的蒙军越来越多，金军渐渐处于下风。

战斗持续三天三夜，二十万蒙军全部上岸，不断向金军发起进攻。金军抵挡不住，只得纷纷后撤。

太原府城墙有南北两门，北门守城将士看到郭文振率军回撤，赶紧打开城门，放郭文振等人入城。过了一会儿，蒙军也杀到城下。守城将士还没有等到金军全部撤回城里，就赶紧关闭城门，没有入城的金军只得向南逃窜。

郭文振逃回城内，经清点人数，只有不到五万人马逃回城内，有两万余人战死或者向南逃去。

此时木华黎率领将近二十万蒙军追至太原府北门城下，又开始使用重兵器车攻城。郭文振也率领八万金军进行了顽强的抵抗。