黑将军见蒙古步兵和重兵器车都抵达黑水城下，蒙古大军还是没有进攻的迹象，反而有些坐不住了，不知道成吉思汗“葫芦里卖的什么药”。于是他命令重兵器车开始朝蒙军大营发起进攻，以探虚实，但因为射程太远，攻击无法取得好的效果。
黑水城内牛马甚多，黑将军挑选一万名平时就接受过骑射训练的老兵，给他们每人配备一匹战马，武装成西夏骑兵，让他们出城迎战蒙古骑兵，目的是把他们引到城下。
一万西夏骑兵冲锋至蒙军大营前，警惕性极高的蒙古骑兵早已阵列在前，不过蒙古骑兵也不发起反冲锋，只是放箭阻击，当场就有几千西夏骑兵被射翻马下。
西夏骑兵只得撤退，蒙古骑兵从后面追杀，因为距离太近，黑水城墙上的重兵器车兵怕误伤西夏骑兵而不敢攻击。还好城内守军及时关闭城门，不然蒙古骑兵差点就跟着西夏骑兵攻入城内了。
驻守黑水城的夏军初次与蒙古骑兵交战就遭遇惨败，黑将军见蒙古骑兵果然名不虚传，只得命令守军继续坚守不出。
十余日后，蒙古大军又制造了很多重兵器车，使放弩车、抛石车、攻城云梯都达到一百辆，同时制造了大量长箭、收集了很多石块，提炼的石油也有两千余斤。
成吉思汗看了耶律楚才报上来的制造清单后，满意的说，很好！晚上犒劳一下全军将士，明日开始攻打黑水城！
次日凌晨，成吉思汗指挥蒙古大军向黑水城发起进攻。
一百辆蒙古放弩车将无数支火箭射入黑水城城墙上，黑将军也指挥城内重兵器车进行反击，但因为数量没有蒙古重兵器车多，质量不如其好，很快处于下风。
半个时辰后，黑水城城墙上已燃起熊熊大火。黑将军只得指挥守军进入防御工事内躲避。
蒙古重兵器车兵推送放弩车缓缓前进，并继续发射火箭。抛石车则紧随其后，行至距离黑水城城墙半里处时，即向城墙上面抛掷石块，很多防御工事被砸毁，很多守军被砸死砸伤。
黑将军只的命令守军撤退至城墙下避其锋芒，只留少数士兵在特别坚固的防御工事后面观察敌情。
又过了半个时辰，成吉思汗见城墙上大火即将燃尽，很多防御工事也被砸毁，便命令昔里钎部率领一万攻城步兵推送攻城云梯开始攻城。
蒙古步兵攻上城墙很容易，但一上城墙，黑将军就指挥五、六守军从四面八方围上来，向蒙古步兵进攻。
两军厮杀至黄昏，蒙古步兵死伤惨重，成吉思汗在远处的一座攻城云梯上看到这一情景，便命鸣金收兵。蒙古步兵在蒙古骑兵弓箭的掩护下，艰难的撤出战斗。
经清点人数，一日之内蒙古步兵战死三千余人。
次日凌晨，蒙古大军继续进攻城墙，重兵器车攻击一个时辰后，蒙古步兵推送攻城云梯继续攻城。
这样连续攻击三日，黑水城守军被射死、烧死、砸死、杀死者，多达有两、三万人。而蒙古步兵也几乎全部战死。
成吉思汗心想，在这样下去，只有让蒙古骑兵攻城了，但蒙古骑兵是要留着消灭西夏骑兵主力和攻打中兴府的，绝不能让他们牺牲在黑水城下，只有另寻他法。