窩闊臺繼位前後，攻金戰爭一直在進行。公元1228年（紹定元年），蒙古軍八千人攻陝西，被金完顏陳和尚所領四百騎打敗。窩闊臺繼位時，金國又派使臣送來太祖之則（feng，音鳳，為死人所做的車馬等物），窩闊臺嚴厲斥責說：“先帝操勞過度，病逝軍中，你們不快投降，又送這些東西，該當何罪？”趕走了使臣。

1230年（紹定三年）秋，他率領軍隊親征中原。窩闊臺與拖雷攻拔天成等堡，入山西，渡黃河，會合陝西蒙古軍，攻克鳳翔，潼關以西盡歸蒙古軍。金國重兵把守潼關，黃河一線守備森嚴，蒙古軍受阻。公元1231年（紹定四年）夏，窩闊臺在宮山九十九泉（今內蒙古卓資北灰騰梁）大會諸王，商議對策。

遵照成吉思汗“假道宋境，聯宋抗金”的遺訓，窩闊臺採納拖雷意見，兵分三路：自統中軍由洛陽進兵，斡陳那顏率左軍由濟南攻入，拖雷領右軍自寶雞出兵，繞道宋境北上，對金國都城汴京形成包圍之勢。這年秋天，窩闊臺率軍攻陷河中府，由白坡渡黃河，屯鄭州，金守將投降，蒙古軍突破了黃河防線。

拖雷派使臣到宋朝，請求借道，遭到拒絕，使臣被殺。拖雷大怒，率師徑入大散關，一路過關斬將。用皮囊渡過漢水，來到鈞州三峰山（今河南禹縣），與援助汴京的潼關守將完顏合達遭遇。適值天降大雪，窩闊臺汗又派大將口溫不花來援，蒙古軍趁勢大敗金軍，完顏合達被殺，金軍主力全部喪失。

窩闊臺汗與拖雷會師三峰山，克鈞州。至此，汴京已成孤城。窩闊臺派唐慶為使臣，勸金主投降。金哀宗不從，請求外援。不久，潼關守將也降蒙，蒙古軍又大敗金援軍秦藍，兵臨汴京城下。金遣子入質講和。後來，窩闊臺汗讓金主去帝號稱臣。金不肯，和議遂絕。窩闊臺命大將速不臺攻汴京，金哀宗棄城逃跑，汴京被攻下。

窩闊臺再命塔察爾率軍追擊，直至蔡州（今河南汝南），金哀宗見大勢已去，傳位於完顏承麟後自殺。蔡州被攻下，金末帝被殺，金國滅亡。這是發生在公元1234年（南宋端平元年）正月的事情。公元1235年（端平二年），窩闊臺汗又組織“長子出征”，以拔都（朮赤次子）為統帥，速不臺為先鋒，征服欽察及以西地區。至1240年（南宋嘉熙四年）西征結束時，帝國疆域擴充套件到斡羅斯（俄羅斯），橫跨歐亞。