Som Ghiyath al-Din Kay Khusraw 2.s regeringstid skred frem blev det rumseljukkiske rige stadig mere truet af mongolernes fremrykning, der jog rædselsslagne flygtninge vestpå ind i Anatolien. Blandt dem var kayi-stammen, som blev anført af deres leder Sulayman. De bosatte sig til slut i det nordvestlige Anatolien, hvorfra de senere grundlagde Den Osmanniske Stat.

Mange af flygtningene var harmløse bønder, men uromagere og dervisher sluttede sig til dem, og disse tilskyndede både flygtningene og den lokale befolkning til at gøre oprør. De beskyldte Kay Khusraw for at favorisere de kristne, fordi han havde bevilget udlændinge handelsindrømmelser, og uroen blev så udbredt, at Kay Khusraw var nødt til indlemme kristne lejesoldater i sin hær. Hans tropper mødte mongolerne, anført af deres general Bayju, i slaget ved Köse Dagh, mellem Sivas og Erzincan i muharram 641 H (juni 1243 AD).

Rumseljukkerne led et svidende nederlag, og Kay Khusraw flygtede fra slagmarken. Herved overlod han det til sin vesir at slutte en ydmygende fredsaftale, som effektivt afsluttede den rumseljukkiske uafhængighed. Nyheden om mongolernes sejr spredte panik gennem hele Anatolien.

Som fjenden drog frem, blev marker efterladt uopdyrkede, og da der udbrød hungersnød, forsøgte rige seljukker at bytte deres pragtfulde juveler med uanset hvilken mad, de kunne få fat på. I 643 (1245) var det blevet så kaotisk, at medlemmer ved hoffet gjorde oprør og myrdede deres forsvarsløse hersker. Under de følgende 60 år med nominelt styre forstyrrede end ikke den rumseljukkiske families konflikter den nye Pax Mongolica.

Kay Khusraws svar på det katastrofale nederlag ved Köse Dagh var at betale den skat, som mongolerne krævede, med en ny mønt, og med denne forsøgte han at gøre sine fejltrin gode igen ved at holde fast på islams styrke, stillet over for de vantros tropper.