Роковым рубежом в истории Владимиро-Суздальского княжества, как и всей Русской земли, стало татаро-монгольское нашествие, начавшееся поздней осенью 1237 года. После форсирования Волги монгольское войско, возглавляемое 27-летним ханом Батыем (Бату), в декабре 1237 года подошло к границам Рязанского княжества и осадило Рязань. Рязанцы послали за помощью к великому владимирскому князю Юрию Всеволодовичу, но их просьба осталась без ответа. Штурм города занял у монголов 5 дней и, разорив его, Батый повел войска к Владимирскому княжеству. Каждый город приходилось брать силой. Под Коломной была "сеча велика", в которой погиб Кюлькан - младший сын Чингизхана, единственный чингизид, погибший во время завоевания Северо-Восточной Руси.
В январе 1238 после недолгого и яростного штурма "взяша Москву татарове, и воеводу убиша Филиппа Нянка за православную хрестианскую веру, а князя Володимера яша руками ... а люди избиша от старца до сущаго младенца, а град и церкви святые огневи предаша, и манастыри вси и села пожгоша и много имения вземше, отъидоша". Плененного избитого и израненного князя Владимира монголы поволокли с собой к стенам Владимира, где перед штурмом показывали защитникам города.
В феврале 1238 года монголы стояли под Владимиром. К несчастью, владимирский князь Юрий Всеволодович был недалеким политиком и скверным полководцем. Он приказал оборонять Владимир, не обеспечив его достаточным гарнизоном, причем оставил в городе свою собственную семью. Сам же князь под предлогом собирания войска ушел на берега реки Мологи и остановился в месте впадения в нее маленькой речки Сити. Почти неделю штурмовали Владимир монголы, и наконец, он был взят.
При штурме городов монголы активно использовали осадные машины. Среди них были тараны (огромные бревна, окованные металлом), которыми выбивали ворота и разрушали стены, метательные машины, которые забрасывали в осажденные города огромные камни, а также горящую нефть. Нередко перед тем, как метать горшки с зажженной нефтью, монголы несколько часов забрасывали в город горшки с жиром, а на него уже метали нефть. Среди осадных приспособлений татар известны были также гуляй-города - огромные башни, которые строились вровень со стенами города, подкатывались вплотную к ним и скрывающиеся внутри башни воины по перекидным мостикам перебирались на гребень стен, огромные катапульты, пускавшие гигантского размера стрелы. Известно, что монголы употребляли и порох, применяя его преимущественно в ракетах, которыми пользовались при осадах. Во время осад городов монголы также умели производить наводнения, делать подкопы и подземные ходы.
Однако при всем преимуществе в силе и технике монголы так и не смогли прорваться во Владимир через главные Золотые ворота. Татары пробили стену и вал рядом с ними, и до настоящего времени можно видеть во Владимире это понижение вала, где монголы ворвались в город. Несколько сотен жителей города вместе с епископом Митрофаном укрылись в Успенском соборе, в том соборе, где стояла икона Владимирской Божией Матери. Все они погибли - часть задохнулась в дыму, часть сгорела, а часть была порублена. Владимир был разграблен.
В одно время с ним был взят и Суздаль, находившийся неподалеку. До настоящего времени между Владимиром и Суздалем сохранилось село Батево (Батыево), на месте которого, по преданию, находилась в то время ставка Батыя. Сам Юрий на Сити был случайно застигнут отрядом монгольского тысячника Бурундая. Монголы наткнулись на незащищенный и неохраняемый стан русских, поскольку князь не выставил дозора и не выслал разъезды, и весь отряд, захваченный врасплох, погиб вместе со своим князем. Весной 1238 года Батый покинул пределы Руси. Потери в людях и конском составе были столь значительны, что монголы вынуждены были прервать на время поход и направиться для отдыха в половецкие степи.
Несмотря на такую страшную катастрофу Владимир не утратил своего значения столицы. В нем продолжает оставаться (до 1299 года) центр Русской Православной церкви, по прежнему на "Великое княжение Владимирское" венчаются под сводами владимирского Успенского собора. В 1395 году, когда к Москве приближался Тамерлан и москвичи почти утратили надежду на спасение, в московский Успенский собор была временно перенесена главная святыня Владимиро-Суздальской земли - икона Владимирской Богоматери. В начале XV столетия, в 1408 году на Владимир внезапно напал хан Едигей. Город был сожжен и разграблен, а через два года, в 1410 году, город вновь испытал разорение от орды царевича Талычи.
В 1469 году видный московский строитель Василий Дмитриевич Ермолин отреставрировал обветшавшие Золотые ворота и еще некоторые постройки, но о восстановлении городских укреплений в прежних масштабах речь уже не шла. В I486 году были вновь отстроены только бревенчатые стены Среднего города, другие же деревянные укрепления постепенно исчезают с лица земли. Владимир из стольного города все больше становится рядовым провинциальным городом, о былой славе которого напоминают лишь храмы и иконы.