桓州地处蒙古草原东南边缘，地势北部高，南部低。北部是一片平坦的草原，上面有大片的树林、灌木。南部是燕山北缘的低山、丘陵与大兴安岭西南缘的交会地带，山间分布的金莲川草原是金国最大的军马牧场。
汉朝时期，桓州是匈奴统治的区域，以后又相继被鲜卑人、柔然人、突厥人、回纥人统治。辽国建立后成为契丹人的领地。女真灭辽后建立金国，在这里建造桓州城，治理金国西北边陲，是原金国西北路招讨司治所建帐之所。那块金莲川草原是金国皇帝金世宗完颜雍取的名字，因为这片草原生长着许多金莲，同时寓意这块土地是金国的“金枝玉叶”。此后金国历代皇帝都经常率皇亲国戚来此消夏、围猎。金章宗也出生于此地。
在桓州边境休整一日后，蒙古骑兵继续南进，当天下午来到了金莲川。
金莲川是金国最大的军马场，这里驻扎着一支女真骑兵千人队负责保卫军马场，还有两千步兵负责养马。
成吉思汗命令全军向驻守金莲川的金兵发起进攻，不到一刻钟，三千金兵死的死，降的降。蒙古骑兵很顺利的夺下了金莲川。
一入金莲川，成吉思汗等人就惊呆了，这里风景秀丽，气候适宜，水草肥沃，遍地金莲。成吉思汗知道这里是女真骑兵的军马喂养场，虽然此时战马都被胡沙虎征集完了，但是仍有很多黄羊、野兔、苍鸡、水鸭等飞禽走兽。
托雷对成吉思汗说，父汗，没想到金莲川草原的风景比蒙古草原还要漂亮。
成吉思汗说，既然你觉得它漂亮，我就把它赏给你吧，你和你的子孙可以世代在这里放牧、居住。
托雷高兴的说，谢谢父汗！
成吉思汗随即命令全军就在这里安营扎寨，喂马、打猎，好好休整一下。
次日凌晨，成吉思汗继续带领十万蒙古骑兵南行，当天晚上来到桓州城下。
此时恒州已无正规军，桓州知府是女真人，只得将五万多预备军全部整编为正规军，对蒙古大军进行抵抗。
成吉思汗见桓州城墙高约三丈，十分坚固，便命令蒙古骑兵将桓州包围起来，并不急于进攻，而是一边小规模进攻（主要是放箭），一边休整。
三天后，十三万蒙古步兵也赶到桓州城下。成吉思汗命令他们到附近的树林里砍伐树木制作盾牌和长梯，每把长梯不得短于五丈。超过十万的步兵一天之内就把桓州附近树林的树子都砍光了，做了两千多个盾牌和一千多支长梯。成吉思汗把这些新制的盾牌和长梯全部分配给第四路军使用。
第二天卯时三刻，成吉思汗下达“总攻令”。第一路军全部下马，朝城墙放箭，防止城墙上的金兵向下扔石块，以掩护步兵攻城。
成吉思汗见第一路军已经压制住了城上守军，便命令第四路军带着长梯朝城墙下面冲。冲到城墙下面后，在第一路军的掩护下，第四路军开始架长梯往城墙上爬。
这时那个桓州知府在城墙上喊，往下扔石块，砸死这些蒙古蛮子，他们都是野兽变的，他们攻进城里肯定要把我们都吃掉的。
在桓州知府的指挥下，新召来的金兵把事先准备好的石块统统往下扔，砸死了不少蒙古步兵，砸坏了很多攻城长梯。
成吉思汗大怒，叫侍卫唤来哲别，让他把那个桓州知府射死。此时成吉思汗和哲别离那个桓州知府的位置有两里远，哲别挽弓搭箭，一箭就射中了桓州知府。桓州知府大叫一声，从城墙上摔下来。
其他金兵本来就是由汉人、契丹人组成的预备军而且刚刚征集而来，都不愿意打仗，现见知府已死，纷纷丢盔弃甲，各自逃命。第四路军很快攻入城内，并打开城门，蒙古骑兵顺利进城。