守卫通州的是高震和刘仁先，共计有三万宋军。通州城的城墙不高，但守城的物资器俱十分齐备。同时还配备了十门火炮。
因此在攻城战一开始，蒙古军就被宋军来了一个当头一击。曾经令金军吃过不少苦的火炮轮番射，喷出一道一道火舌，带出了巨大的轰鸣声，打向三百余步开外的蒙古军阵中。震得蒙古军心惊胆寒。人马大乱。蒙古军甚至还没有动进攻，就开始向后退却了。
铁木真也无可奈何，而且他也知道这不能怪士兵们，无论是谁突然遭受到这样的打击，也会马上想到后退的。但他又不甘心就这么收兵，只好先退兵五里，然后重整旗鼓，再来进攻通州城。而这一次蒙古军也学得聪明了，离着通州城还有六百余步时就停住了脚步，小心翼翼的试探了一番之后，才出动了第一批攻城的人马。
而宋军见一轮火炮就把蒙古军打退，也都不由士气大振，虽然蒙古军去而复返，但还是信心十足，见蒙古军派出了攻城的部队，炮手们立刻又开始填装火药，重新射。
不过游牧民族的天生捍勇和血性使得蒙古战士们克服了对火炮的恐惧，在巨大的轰鸣声中，缓缓向城墙靠近过去。也令宋军感到一丝意外，第一次遭到火炮的打击之后，还能保持着这样的斗志和士气，确实想当不错了。
但宋军也不会因此而对蒙古军手下留情，随着蒙古军逐渐向城墙推进，宋军的投石机、床弩也纷纷动，向蒙古军打击过去。因为蒙古军没有远程的进攻武器，宋军可以毫无忌惮，根本不需要半点隐藏自己的身影。
铁木真在后阵也现，宋军的防守强度比金军防守的兴中府更大，虽然暂时不能断定宋军的防守力就强于金军，但弩枪、石块、火器远远要比兴中府密集得多。蒙古军在离城墙还有相当一段距离时，就以经死伤了无数士兵。
而宋军就像是给蒙军展示一堂城墙的防守课一样，一切有进行的有条不紊，各种远程武器轮番配合上阵，根据蒙古军的进展程度，不断给蒙古军施加打击。事实上蒙古军以经非常努力了，而且也非常勇敢，对于攻城战的运用，也比过去有了明显的提高，但面对宋军严密的防守，密集的运程打击，还是无能为力。在靠近城墙的过程中，蒙古军差不多丧失了一千五百多人。
但靠近了城墙，只意味着宋军的打击更强，床弩和投石机转而攻击后方的蒙古兵，弓弩手们也退居到第二线，将垛口位置让了出来，宋军将石块、粗木拼命扔下，猛砸蒙古兵，又用猛油弹去烧云梯，用撞车、火器去攻击塔车，也使蒙古军的伤亡近一步扩大，云梯上、塔车上的蒙古士兵就像秋天的落叶一样，不断飘落。
就在这一天的攻城中，蒙古军的阵亡的人数竟达到了四千佘人，却连城墙也没有攻上去过。而在随后的几天里，蒙古军又连续向通州动了几次进攻，但也都没有任何进展，铁木真和蒙古众将对通州城也一筹莫展。