在灭亡了木剌夷国之后，旭烈兀回到了可疾云（今伊朗德黑兰以西）过冬，第二年开春之后继续西征，九月抵达哈马丹（今伊朗哈马丹），开始了对阿巴斯王朝的战争。
阿巴斯王朝又称黑衣大食，是阿拉伯帝国的第二个世袭王朝，同样是一个政教合一的国家，全盛时期疆土横跨欧亚非三大洲，王朝统治者被称为哈里发，首都设在巴格达（伊拉克首都巴格达）。
阿巴斯王朝存在的七百年里，是伊斯兰各教派发展和传播的全盛时期，哈里发将逊尼派奉为国教，在全国范围内推行伊斯兰教法，教义甚至深入到政治、经济、文化、军事等各个领域；除此之外，他们还在全国各地兴建清真寺和宗教学校，培养了大批虔诚的穆斯林进入政府和军队；同时阿拉伯语也被推广为官方语言，各个教派和学者们着书立说、学术研究都要书写和诵读阿拉伯语。
虽然哈里发将逊尼派尊为国教，但对于其他伊斯兰教派的发展也秉持着一个平等、自由的态度，什叶派、苏菲派、穆尔太齐赖派等教派的理念甚至被引入了正统派教义之中，占据了一定的统治地位，这些宗教学者们则在国内各大城市修建了天文台、图书馆、各类学校和医院，让百姓们都能接受到更好的教育，中国古代的四大发明也是在这一时期传入了阿拉伯世界，并从这里流入了欧洲。
但正如一句谚语所言，人无千日好，花无百日红，盛极而衰的道理适用于任何朝代、任何地方、任何环境，从9世纪后半期开始，因为分封的诸多贵族将领实力不断壮大，他们变得越来越跋扈，甚至开始割据一方，脱离了阿巴斯王朝。
在波斯及中西亚地区，先后有塔希尔王朝、萨曼王朝、布希维王朝、塞尔柱帝国等独立政权；北非地区则建立了伊德里斯王朝和艾格莱卜王朝；埃及和叙利亚等地区也纷纷建立了独立的王朝；不仅如此，因为各王朝对于百姓的剥削越来越严重，使得阿巴斯王朝这个名义上的统一帝国变得越来越乱，宗教起义和和农民起义此起彼伏，但哈里发却没有能力去镇压，到了10世纪中叶，阿巴斯王朝直接统治的地方只剩下了首都巴格达及周围的一小块土地。
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这还不算完，公元945年，信奉什叶派的布希维王朝率军攻入巴格达，将时任哈里发抓了起来，强迫他下旨授予其“最高统帅”的称号，并剥夺了他所有的政治权利，仅保留他宗教领袖的地位。
1055年，塞尔柱帝国的掌权者图格鲁克伯克又带兵打进了巴格达，将布希维王朝赶了出去，自己则继续‘挟天子以令诸侯’，成为了阿巴斯王朝的实际掌控者，并自封为“东方和西方之王”，还让哈里发下令授予他‘苏丹’的称号；在这一期间，阿巴斯王朝的对外战争达到了鼎盛的状态，他们四面出击，将印度的伽色尼王朝和中亚的喀剌汗王朝都打败过，甚至还俘虏过拜占庭帝国的皇帝——罗曼努斯四世。
而这个塞尔柱帝国，在唐朝的时候被称为西突厥，是被唐朝联合回鹘部落给赶出了中土流落到这边来的，他们也没逃脱盛极而衰的魔咒，仅仅几十年后就被西辽打败，而后又败于国内的农民起义军之手，最终被花剌子模灭亡，而巴格达则再次回到了哈里发的控制中。
面对着这样一个外强中干的国家，旭烈兀却并没有轻视他，因为巴格达毕竟被阿巴斯王朝经营了七百多年，即便现在实力不强，底蕴也不容小视。
在进攻阿巴斯王朝之前，旭烈兀依照惯例派出了使者进城劝降，但城中的末代哈里发穆斯塔辛拒绝和谈，反而将麾下的七万人马都收缩到巴格达城内，同时修缮城中的围墙，加盖箭楼，并发动城中百姓一起参与守城，将城内的大街小巷都布置上障碍，做好了城破之后巷战的准备。
旭烈兀对此并没有感到意外，毕竟不战而降这种事，几率还是比较低的。
于是他下令兵分三路，以大将拜住率军为右翼，由亦儿比勒（今伊拉克库尔德首府埃尔比勒）向毛夕里（今伊拉克摩苏尔）推进，而后越过底格里斯河进攻巴格达城西。
左翼则是由怯的不花率领，从罗耳斯坦（今伊朗罗里斯坦）绕道巴格达城东发起攻击。旭烈兀亲自率领中军攻破了开尔曼沙城（今伊朗赫塔兰），并于十二月十八日进至火勒完（今巴格达东北），但由于其余两路军马未到，旭烈兀便暂时扎营，等待其余两路与他会合后再完成对于巴格达的合围。
面对着强大的蒙古大军，作为哈里发的穆斯塔辛也没坐以待毙，他命令副掌印官艾伯格与麾下大将费度丁率一万两千人前往底格里斯河驻守，防止右翼的蒙古大军渡河。
当他们赶到之时，拜住已经开始渡底格里斯河，于是急忙率军前去袭击，右翼先锋速浑察急忙率军撤退至小底格里斯河附近，费度丁认为蒙古大军未见劣势而退，有诱敌之嫌，决定继续扼守底格里斯河，但艾伯格却认为这是蒙古人因为没有援军而不得不撤退，正是消灭他们的大好时机，便仗着官职高强制要求费度丁率军进攻。
费度丁无奈，只好继续追杀蒙古前锋，一直追到朵者勒（巴格达西北角附近），与已经从这里渡过底格里斯河的蒙古右翼主力遭遇，双方随即展开混战，费度丁指挥有度，麾下军队丝毫不弱于蒙古骑兵，两军从早打到晚也未分胜负。
天黑之后，双方罢兵休战，回到各自的营地，费度丁急忙让大军休整，同时安排了一支兵马巡营，以防蒙古军夜里偷袭。
但费度丁没有想到，蒙古人根本没有跟他们硬拼的打算，拜住见阿巴斯军选择的营地位置较低，而且身后是一望无际的平原，于是便趁着夜色派工匠将底格里斯河的堤岸挖开。