1231년(고종 18)에 서북면병마사(西北面兵馬使)에 재임 중 몽고병을 물리쳤다. 그 해 9월 몽고군 원수 사르타이[撒禮塔]가 철주(鐵州)를 함락한 후 구주(龜州)를 공격해 왔다.
박서는 삭주(朔州)의 분도장군(分道將軍)김중온(金仲溫), 정주(靜州)의 분도장군김경손(金慶孫), 정주·삭주·위주(渭州)·태주(泰州)의 수령(守令) 등과 함께 군사를 거느리고 구주에 모여 기습작전을 써서 적을 물리쳤다.
그러나 몽고군은 계속해 인질을 성내로 보내 항복을 권하기도 하고, 정예부대로써 성을 강습하고,
누거(樓車)주 01)와 목상(木床)·대포차 등 온갖 무기로 공격해 왔다. 이러한 몽골군에 대항해 포차(砲車)를 쏘아 돌을 날려 대항하고, 물에 갠 진흙을 던져 불을 끄는 등 임기응변으로 분전함으로써 1개월 동안 온갖 수단을 다해 공격하던 적을 끝내 물리쳤다.
그 해 12월 구주를 돌아 먼저 개성을 함락하고 고종의 항복을 받고 귀로에 다시 구주를 공격해 오는 몽골군을 맞아 포차·높은 사다리·
대우포(大于浦)주 02)로써 또다시 물리쳤다.
1232년 1월후군지병마사(後軍知兵馬事)최임수(崔林壽), 감찰어사(監察御史)민희(閔曦)가 구주성에 이르러 항복을 권유하자 서너 차례 거부하다가 국법을 어길 수 없어 항복하였다.
그 뒤 관직에서 물러나 고향 죽산에 있다가 다시 문하평장사(門下平章事)가 되었다.