1128年，成吉思汗亲率蒙古大军征讨西域阿拉伯诸国，耶律楚材作为扈从随军起程。成吉思汗为什么要发动这次西征呢？不能不在此作一简略介绍。
早在7世纪初，阿拉伯人穆罕默德创建伊斯兰教（回教），统一阿拉伯。他死后，经选举产生的继承人称为哈里发（意为“代天行事”），既是国家元首，也是伊斯兰教的最高领袖。哈里发君临于伊斯兰教诸国之上，各国国王即位时，须由哈里发册封。后代为争教主互相残杀，内乱不止，哈里发为保持地位，非常重视军队，却又常被将军们挟制。
11世纪初，来自中亚吉尔吉斯草原的塞尔柱土耳其人兴起，他们信仰回教，以拥护哈里发为名，击灭中亚阿富汗、波斯等国，重新把阿拉伯东帝国统一起来。哈里发将塞尔柱人视为救星，于1055年封其酋长托格茹为“苏丹”（旧译算端、算滩、沙勒坛等。“苏丹”本意为“摄政”，或“世俗之主”，后因沿用已久，特别是哈里发已灭之后，才逐渐具有政教合一的元首含义，故有人译为国王或皇帝）。塞尔柱人便以苏丹名义发号施令，哈里发仍处于傀儡地位，史称塞尔柱王朝。
花剌子模开国国王原是塞尔柱王朝苏丹的宫廷奴隶，名叫纳失的斤，因屡立战功，被封到花剌子模为王。花剌子模既是其首都（后改称玉龙杰赤），也是国名，当时只占有阿姆河下游里海与咸海之间的小片地区。自1124年长期臣服于西辽。直到1192年，纳失的斤第五代孙塔哈施（又称塔哈夫·帖乞失）才逐渐使国家强大起来。
塞尔柱王朝当时处于衰弱中，1180年，纳昔尔即哈里发位。他与历代哈里发一样，也想恢复权力，便策动花剌子模进攻塞尔柱王朝，塞尔柱王朝灭亡。塔哈施将波斯的几个省归还哈里发，纳昔尔便封塔哈施为帝国东部的最高统治者，但未封其为苏丹。
1200年，塔哈施死，其子摩诃末（或称阿拉哀丁·穆罕默德，一写作马哈谋）嗣任花剌子模国王。野心勃勃的摩诃末上台后立即东征西讨，先后吞并征服邻近的许多国家，使花剌子模进入全盛时期。
摩诃末侵城夺地，势力膨胀，不再甘心于臣属西辽。1208年，他杀死西辽使臣，并以解放穆斯林的“圣战”名义，举兵攻入西辽，占领不花剌（今布哈拉），又进攻河中府撒马耳干，结果被西辽打败。当时西辽皇帝直鲁古收留成吉思汗宿敌屈出律为驸马，屈出律恩将仇报，伺机篡夺西辽王位；同时撒马耳干王奥斯曼汗因不满西辽重税，也企图独立。摩诃末便与此二人勾结，里应外合，企图一举灭西辽。西辽帝直鲁古发兵讨伐奥斯曼汗，屈出律乘虚而起，攻入辽都虎思斡耳朵。直鲁古回兵击退屈出律，但不久却被屈出律伏兵擒获，夺取了西辽帝位。这时摩诃末率河中联军渡过锡尔河，进至怛罗斯，大败西辽军，然后又杀死奥斯曼汗，吞并了河中地区。接着，摩诃末将首都由玉龙杰赤迁至撒马耳干，并攻占吡答剌（哈萨克国奇姆肯特西北齐穆耳，其废墟在今塔什干铁路帖木儿车站附近）、讹迹刊等城，从而控制了中国至西方的两大交通干线。
摩诃末继续扩张，出兵阿富汗，征服了迦色尼王国（都城在哥疾宁，在今阿富汗喀布尔南八十公里）。在迦色尼王宫的档案中，摩诃末发现了纳昔尔哈里发与迦色尼、西辽秘密约定共同击灭花剌子模的信件，当即大怒，便于1216年在玉龙杰赤召开教长大会，罢免纳昔尔的哈里发之位，另立哈里发，摩诃末则自称苏丹。次年冬，为逐走已废的哈里发，遂发兵进攻巴格达。也正是在这时候，他与成吉思汗派来的使者进行了接触，并与蒙古国缔结了通商协定，以便集中精力向西方进军。
然而，当年冬天大雪纷飞，气候奇寒，花剌子模军人在山地行进，人马多冻死，没有打仗便几乎全军覆没。接着，蒙古大军便开来了，如日中天的摩诃末做梦也没有想到，他的帝国梦到此结束。
摩诃末以武力建国，四处扩张，虽然疆域辽阔，但多为新征服地区，统治不稳；而其军队主要由土库曼人和康里人组成，土库曼人受到歧视，而康里人勇敢善战，又是王亲国戚，所以在朝廷中备受恩宠。摩诃末的母后秃儿根可敦便是康里部伯岳占氏族的人，在她周围形成了一个以康里出身的军政大臣和统兵弟侄组成的有实力的军事贵族阶层。她住在旧都玉龙杰赤，常常对国政发号施令，摩诃末对此也毫无办法。摩诃末的王储斡思剌黑本是幼子，但因其母是康里人，所以受到秃儿根喜爱，得以立储。而长子札兰丁之母为印度人，所以被封到哥疾宁。
摩诃末的另一个麻烦是宗教问题，由于他把宗教首领们当作敌人，所以伤害了伊斯兰教徒的感情。
尽管如此，摩诃末领导下的花剌子模仍然是一个实力雄厚的强大国家。它的领土西越里海、乌拉尔、咸海，北达伏尔加河，南抵申河（印度河）、波斯湾，东至帕米尔高原（葱岭），今日乌兹别克、阿富汗、巴基斯坦、伊朗、伊拉克、乔治亚、土库曼、高加索、吉尔吉斯、塔吉克、克息尔鄂达及哈萨克东南部均在其地域之中。其地形也极为有利：东南有兴都库什山脉；西北有乌斯特乌尔特高地；北部是吉尔吉斯草原；中部以阿姆河为界，东边是基吉尔库姆沙漠（红沙漠），西边是卡拉库姆沙漠（黑沙漠）。要通过这些沙漠，必须在春季雪融时才有可能。花剌子模气候温和，适于发展农牧业。特别是它位于东西方贸易通道上。锡尔河上的洁罕（霍阐、忽毡）与阿姆河上的忒尔迷是河中地区南北两个最重要的渡口，不花剌至马鲁之间也有一个阿姆河的重要渡口。当时的两大交通干线都穿过其国境，一条是中国经天山北道—辽都虎思斡耳朵—怛罗斯—塔什干—浩罕—撒马耳干，这是元代的主要交通线；另一条是撒马耳干—不花剌—马鲁—你沙不儿，这是通往波斯的交通干线。中国至印度的交通干线则是经天山南道至浩罕—撒马耳干—忒尔迷—薄克—喀布尔至印度。其中撒马耳干至忒尔迷一段的南部，交通线两边全是险峻的高山，十分险要，中国历史上称其为“铁门关”。这里的人民自古便以善于经商而著称于世，蒙古人把花剌子模称为“撒儿塔兀勒”，其含义便是“商人之国”。
摩诃末志满意得，他的版图很不小，他的军队号称有四十万人之多。他不把成吉思汗放在眼里。然而，螳螂捕蝉，黄雀在后，陶醉于赫赫武功之中的摩诃末万万没有想到，他自己也成为别人吞并的对象。
花剌子模国王摩诃末不但积极向西方扩展领土，而且妄图东征中国。当他听到蒙古兴起，已经占领半个中国时，便急不可待地派出间谍，收集情报。
以巴哈·阿丁、剌吉为首的花剌子模使团以经商为名，来 到 中 都（今北京），观察了解情况。成吉思汗亲自接待了使者，命令给予厚待，让他们住在白毡新幕帐中。通过使者，成吉思汗了解到花剌子模国土辽阔，物产丰富，人口众多，产品精致，于是通过使者传信给摩诃末说：“朕是东方统治者，沙（花剌子模称国王为“沙”）就做西方的统治者吧。让我们双方保持友好关系，要让商人们自由往来。”接着成吉思汗派出花剌子模人麻哈茂德、不花剌人阿里·火者、讹答剌人玉素甫·坎哈等为使节，携带“驼峰大的金块”、昂贵的毛纺织品到河中去见摩诃末，作为对花剌子模的回访。
使节团长麻哈茂德将成吉思汗的信交给摩诃末，并替大汗致辞说：“我知道您的国家势力强大，您统治着广袤的国土，我愿意和您修好，我看待您，就好像心爱的儿子一样（“我之视君，犹爱子也”。《多桑史》）。估计您也知道我已征服中国，君应知我国战士如蚁之众，财富如银矿之丰，实在没有觊觎他人领土之必要。我所希望的，不过是彼此臣民之间得以通商贸易，互通有无，对大家都有好处。”摩诃末对信中称他为“爱子”，颇为不满，经过使节解释，也就不再计较了。当时他正整军经武，要去西征巴格达，无暇东顾，且想借助蒙古牵制西辽，以解除后顾之忧，于是接受了成吉思汗的提议，同意两国建立和平友好关系，并保证通商贸易的安全。为此，双方缔结了和约。
然而，摩诃末夜间又单独召见使节团长麻哈茂德密谈，刺探蒙古国军事、政治、经济等方面的情报。摩诃末问成吉思汗有多少兵，使者不敢直言，只说：“蒙古兵哪能比得上国王的军队？”摩诃末还用重金利诱、收买麻哈茂德充当间谍，在成吉思汗宫廷中活动。摩诃末对麻哈茂德说：“你本是花剌子模人，我知道你是忠诚可靠的。如果你把情况都告诉我，并在今后不断把成吉思汗的举动报告我，我就会重重赏你。”说着便取出一副宝石镯送给麻哈茂德，作为决不食言的证据。
当初，成吉思汗消灭乃蛮时，乃蛮太阳罕之子屈出律逃至西辽。成吉思汗为彻底消除后患，于1218年命术赤、速不台和者别率军征服西辽。这年，花剌子模国王摩诃末西征回国，听说西辽灭亡，企图趁乱瓜分西辽部分国土，便挥军东进。恰好此时术赤、速不台率一支蒙古军在西辽突厥斯坦边境地区歼灭了脱黑脱阿，正准备班师回国。
摩诃末闻讯，从毡的（哈萨克克齐尔———奥尔达东南）北进，尾随数日，在乞里河、啥迷黑河之间追上了撤往本土的蒙古军。摩诃末依仗兵多，蓄意挑衅，摆开战阵。术赤说：“成吉思汗没有命令我们同花剌子模交战，我们是为追歼脱黑脱阿而来的。”术赤军为了表示对花剌子模的友谊，甚至将缴获的财物送给摩诃末以犒军。然而狂妄好战、脾气暴戾的摩诃末自恃兵多国强，竟然无理挑衅道：“成吉思汗虽没有命令你攻打我，但上帝命令我进攻你。我要消灭你们这些偶像教徒，以报答天意！”于是，摩诃末首先发动进攻。
蒙古军为了自卫，迫不得已，起而应战。结果摩诃末左翼军首先被击溃，接着中军又被攻击，摩诃末本人差点当了俘虏，多亏札兰丁赶来，才将他救出。是夜，蒙古军多燃营火，虚张声势，全军宵遁，至天明，已离开战场二日路程。
这次意外的冲突，很使摩诃末胆战心寒，他说：“我一生遇到过许多大敌，从未见过这么凶狠的军队。”尽管如此，摩诃末在蒙古军班师东归后，还是派兵占领了西辽的部分国土。
摩诃末利令智昏，不但暗中派间谍，而且向术赤军挑衅，蚕食原西辽国土。对此，术赤回营后自然要向成吉思汗汇报。大汗十分不悦，认为摩诃末蛮不讲理。但他还是冷静下来，觉得这可能是一个偶发事件，不必计较。另外，从大局考虑，两国刚刚签订和平通商条约，正好借经商化解一下。便传旨“诸王、诸那颜、诸将，各出私货”，派遣了使臣和商队共四百五十人，浩浩荡荡去西方贸易。使臣全由伊斯兰教徒组成，携带的商品多达五百峰骆驼，有金、银、丝绸、纺织品、海狸皮、貂皮等。使臣们还带着成吉思汗的国书，国书说：“你邦的商人已至我处，今将他们遣回，情况你即将获悉。我们也派出一队商旅，随同他们前往你邦，以购买你们的珍宝。从今以后，因我们之间关系和情谊的发展，那仇怨的脓疮可以挤除，骚乱反间的毒计可以洗净。”应当承认，成吉思汗热情接待花剌子模使臣，再三表示愿意通商，是非常真诚的。蒙古作为游牧民族，一贯重视商业，希望从定居民族那里获得粮食、衣服等生活必需品。所以成吉思汗多次下令保护商人，维持商路的畅通，并创造了驿站等方式解决交通问题。在有元一带，商业的发达是空前的。
然而，当使臣和商队到达讹答剌（遗址在今塔什干北）时，当地的守将亦纳勒术贪图商队的大批财物，竟然起了歹心。他诬指使臣和商队是蒙古间谍，并向摩诃末汇报。摩诃末以己之心，度人之腹，既然自己派了间谍，那么对方也会派来间谍，于是便命令杀死使臣和商人，没收其财物。可怜这四百五十人便都不明不白地死于非命，只有一名拉骆驼的商人逃了出来。
摩诃末此举，不但违犯了两国协议，而且违反了各国惯例。“天令其亡，必令其狂”，正如《史集》所说：“他没有想到，这个杀死商人，没收商人财产的决定，竟成了他和他的臣民们的末日”。
当那位拉骆驼的商人只身逃归蒙古，报告情况之后，成吉思汗大为震怒。他脱下帽子，一个人跑到山上，祈祷了三天三夜，实际上是对是否征讨花剌子模这一重大问题进行认真思考。他尽力克制自己被激怒的感情，冷静地分析当时的形势，认为灭金战争正在关键时刻，不能冒两面作战的危险，轻易对花剌子模开战，所以从战略上考虑，应尽量避免扩大事态。另外，成吉思汗不能相信，一个大国国君，怎么会背信弃义，破坏刚刚签订的条约？甚至推测是部下们背着他干的。于是，成吉思汗决定再作一次和平努力。
成吉思汗又向花剌子模派出三名使臣，正使是巴哈剌，副使是两位蒙古人。他们向摩诃末传话说：“你以前与我有约，保证不虐待任何商人。现在你竟然自食其言，真是枉为一国之主。如果讹答剌虐杀商人之事果然并非出自你的命令，那么请你将肇事将领交给我，听凭我的处罚。否则，就请准备打仗吧！”（《多桑史》）
然而，摩诃末目空一切，他不但拒绝成吉思汗的正当要求，而且竟然不顾“两国相争，不斩来使”的各国惯例，悍然杀死正使巴哈剌，并把两名副使的胡须烧光，押送出境。
摩诃末一再犯忌，对古今中外各国来说，使臣身份是不可侵犯的，但他杀了使臣；对蒙古人和伊斯兰教徒来说，胡须是一个男子汉尊严的象征，被人强行剃须是一种奇耻大辱。成吉思汗忍无可忍，双方的战争不可避免了！
平心而论，在蒙古与花剌子模发生交往的初期，成吉思汗是从友好的愿望出发，希望建立和平通商的关系。即使摩诃末数次挑衅，成吉思汗都是一忍再忍，一让再让。但是摩诃末一错再错，不自量力，反把成吉思汗的忍让视为软弱可欺，终于导致了大战爆发。成吉思汗出兵，向来注意要师出有名，这次是真正的理直气壮。当然，此后战争性质发生变化，那就是另一回事了。
成吉思汗准备西征，行前委任末弟帖木格·斡惕赤斤留守大营，统治后方；皇后孛儿帖留守大宫殿（斡耳朵），同时，还作出了另一项重要决定：确立窝阔台为大汗继承人。《秘史》对此事详加叙述，极其生动。
这个问题最初是由聪明的也遂皇后提出的，她说：“可汗要越过高山，渡过大河，将要踏上万里征途，平定众多的国家。生在这个世界上的人没有长生不老的，万一大树般的御体倾倒，像乱麻一样的民众由谁治理？像顶柱般的御体一倒，像麻雀群般的民众要谁来管？在皇子之中，让谁当可汗？诸子诸弟、众多的臣民以及我们软弱愚昧的妇女也知道此事吧？”成吉思汗说：“虽是妇女，也遂的话很对。”便先问术赤的意见：“你是我的长子，你的意思怎样？”术赤还没有回答，次子察合台便抢先说道：“父亲问术赤，是不是有意立他？他是蔑儿乞种带来的，我们怎能受他管？”术赤大怒，起身揪住察合台的衣领，要出去和他比赛射箭，以定高下。于是兄弟二人互揪衣领，各不相让。
这时博尔术、木华黎二人连忙上前，尽力劝解。成吉思汗则默默地坐着，不发一言。
担任察合台辅佐的阔阔搠思，以王傅的身份，责备察合台说：“当你未生时，天下扰扰，互相攻劫，人不安生。所以你的贤明母亲不幸被掳。你这么说，岂不令你贤明的母亲酥油般的慈心都冰冷了，奶子一般的好心都冻结了！”他历数孛儿帖含辛茹苦、抚养子女的事迹，指出：“我们贤明的可敦，你们的母亲，如日般的明，如海般的深。你怎么可以这般说？”
至此，处事稳健的成吉思汗才开口对察合台说：“你不可以这么说术赤。在我的诸子中，他最年长，今后不可再那么说。”
察合台也冷静下来，表示接受批评，然后微笑着说：“术赤的气力和技能，用不着争。诸子中我与术赤二人最长，愿与术赤并力，为父效命。谁要退避，就请受戮。窝阔台为人敦厚，可承大业。”
成吉思汗再逐一问过术赤、察合台、拖雷，三人皆同意以窝阔台为继承人，于是大事就这样定下了。
当然，有人怀疑此事发生的时间和地点与史不合，我们也不必深究。事实上成吉思汗确实曾在进攻玉龙杰赤时命令窝阔台指挥他的两位哥哥，其中隐含着将他当作汗位继承人的意思。
接着成吉思汗召开忽勒里台，研究西征的准备工作，并做出了一系列战略决定。
当时，蒙古攻金，九年未果；西夏拒不出兵支援，阴有叛心；而花剌子模杀使臣、屠商队、无理侵占西辽故土突厥斯坦，在三大矛盾中最为突出，摩诃末的气焰也最为嚣张，所以决定先解决花剌子模这个主要矛盾。而且当时花剌子模与黑衣大食矛盾重重，花剌子模貌似强大，但其国土多为新征服地区，统治基础尚不稳固；帝后有隙，将领骄纵；人种混杂，凝聚力弱；民族和宗教矛盾突出，因而最容易突破。遂决定将战略重点转移，以主力西征花剌子模；而让木华黎继续攻金；对西夏则采取围而不打，监视动向为主的策略。
在西征花剌子模的战略部署上，根据路途遥远，悬师万里、情况不熟的实际，绝不能打旷日持久的消耗战，必须用奇袭战、速决战，一举全歼，故其作战指导思想与攻金大异其趣。这也体现了成吉思汗军事思想的灵活性。
在作战准备上，成吉思汗总结攻金战争经验，进一步改进部队编制、装备，广泛动员蒙古及各地兵员。参加作战的除蒙古骑兵外，还有铁察、畏兀儿、阿力麻里、哈剌鲁、契丹和黑契丹等部队，汉人部队以炮工兵为主。成吉思汗特别重视炮兵和攻城器械，命令大批技师、工匠随征，并制造了大量的投掷器、投石器、倾城器、火焰发射器、弩炮等等。另外还令每个战士携带三四匹从马（预备马）、两套武器，并配备了军医、军需等。
一切准备就绪，成吉思汗向耶律楚材请教出发的吉日。因为当时蒙古人信仰多神崇拜的原始宗教———萨满教，相信万物有灵，尤其信奉至高无上、力量无穷的“长生天”。因此对耶律楚材的占星术非常相信。实际上，耶律楚材也正要依靠他的占星术来达到减少杀伐、推行儒术的目的。当成吉思汗要他选择出发的吉日时，他感到西征已不可避免，于是对成吉思汗说：“我昨晚观看星相，知道有杀伐在即，随即占了一卦，以已卯年最为吉利。”成吉思汗沉思片刻，说：“已卯就是明年了？”耶律楚材说：“正是。”
1219年夏天，成吉思汗在也儿的石河畔举行了盛大的出师动员大会，来自蒙古帝国各地的各民族军队会聚一起，场面极为盛大壮观，耶律楚材有诗赞曰：
车帐如云，将士如雨；
牛马被野，兵甲辉天；
远望烟火，连营万里。
成吉思汗远征军于1219年6月从也儿的石河畔誓师出发，浩浩荡荡前进。关于这次西征，双方的兵力常常被史家大事夸张，而且越旧的记录，夸张越大。如吉本《罗马衰亡史》说蒙古西征军有七十万人之多，还有的称之为“黄祸”。其实蒙古本部基本兵力不过十三万人左右，此次出征除留守部队、拨给木华黎伐金的部队之外，最多不过十万人。加上其他附庸部族，总数不会超过二十三万人，有的甚至估计为十五万人。但蒙古军每破一城，便征发青壮年补充，故其军队总数有扩大的趋势。花剌子模的军队，各史都说有四十万人，也有所夸张。
成吉思汗入侵花剌子模的战争，历时5年，大体可分四个阶段。第一阶段，1219年9月至1222年4月，主要进行河中战役；第二阶段，1220年3月至12月，追歼摩诃末，并打开俄罗斯大门；第三阶段，1221年夏至11月，以申河战役为中心，追歼札兰丁；第四阶段，1220年秋之后，攻占各城，平定叛乱，巩固地方，休整部队，设置各地地方官达鲁花赤。远征军主力于1225年2月班师回朝。
成吉思汗西征花剌子模的主要战役是河中战役。河中指锡尔河、阿姆河两河中间的地区，西辽始帝耶律大石曾在撒马耳干设立河中府。摩诃末吞并河中后，又在撒马耳干建设新都，成为全国军事、政治、经济、文化中心。
成吉思汗在大军进入花剌子模境内后，即令察合台和窝阔台到锡尔河畔主攻讹答剌，但讹答剌坚城固守，数月未克。摩诃末便静观不动，企图进一步判明成吉思汗的主攻方向和战略意图。成吉思汗改变策略，命令者别率部进出于花剌子模南方的阿姆河上游地区，发动强大的佯攻。于是摩诃末便不断收到南方传来的告急战报。摩诃末判断错误，将者别率领的骑兵误认为是蒙古军的主力，害怕蒙古军切断自己与战略资源基地阿富汗、呼罗珊的联系，于是便急忙派出战略预备队，去对付者别的佯动部队，去解救他所认为的“要害”去了。
成吉思汗一旦发现敌人战略预备队开向南方，便立即在河中地区发动猛攻：察合台、窝阔台军团加紧攻击讹答剌；术赤兵团由右方沿锡尔河下游迂回，攻取毡的等城；阿剌黑兵团从左方迂回，攻取别纳客忒（乌兹别克塔什干南）和忽毡；而成吉思汗则亲率拖雷，指挥中军从北方迂回，隐蔽行动，渡过锡尔河，穿过几百公里的基吉尔库姆沙漠（红沙漠），出其不意地突然出现在摩诃末的背后，直取不花剌，切断花剌子模新旧两京的联系通道，并指向撒马耳干。这样，蒙古军便完成了对摩诃末的合围。摩诃末终于发现自己的都城已经处于四面包围之中。他唯恐自己被堵在河中，竟然放弃指挥，慌慌张张地向南方逃去。也有人分析，摩诃末离都，主要是想到南方招募部队，试图反攻。不管怎样，摩诃末离都，实际上使全国军民陷于无人指挥、各自为战的局面。这就给成吉思汗造成了大好时机，可以集中兵力，各个歼灭敌人。
摩诃末带着护卫军离都后，自忒尔迷渡阿姆河，退至巴里黑（薄克）。他大约在此驻兵观望，以待情势。他估计不花剌与撒马耳干都是城坚兵强，至少可以支持相当时日，他就可以到哥疾宁召集当地的郭尔兵。然而情况的迅速变化远远出乎摩诃末的预料。不花剌很快陷落，成吉思汗的三路大军迅速合围撒马耳干。而自己到哥疾宁又未必可靠（事实证明确实如此），所以便放弃原定计划，转而向西逃跑。希望到波斯伊拉克（今伊朗西部）成立新军。然而他的这个计划仍然落空了。
从战略上看，成吉思汗声东击西，以者别军的佯攻，调动、牵制敌人主力；而自己的主力却以双钳形攻势，迅速形成对敌都的包围，计划周密，部署巧妙。摩诃末始则判断错误，计划屡变；继而放弃指挥，消极观望，致使国家无首，陷入混乱，加速了花剌子模的灭亡。
锡尔河流域诸城是西征军攻坚战的重点，其中讹答剌、毡的、别纳客忒、忽毡几城的战斗尤为激烈。
讹答剌位于锡尔河右岸阿雷斯河附近，扼东西交通要道，是蒙古使臣、商队四百五十人被屠杀的城市。讹答剌城防御工事极为坚固，粮食充足，守军多达4万人，战略物资器材完备，守将便是屠杀蒙古使臣与商队的亦纳勒术（他的号为海儿汗），副将是战前临时派来加强防守的哈剌察。察合台、窝阔台军受命进攻讹答剌。这是蒙古与花剌子模决定命运的首次大战，胜负成败对双方都具有极为重要的战略意义。蒙古远征军早在1219年9月便先期到达并开始围攻讹答剌，战斗打得极其激烈，直到次年2月才将此城攻陷。
攻城者是为了给死难的使臣、商队报仇，攻势自然十分猛烈；守城主将是挑起战争的罪魁祸首、肇事根苗，自知城陷必死，故而拼命抵抗，战况的残酷激烈可想而知。但是，蒙古军围城5个月，城内军民斗志日益消沉，到处是一片绝望恐慌。副将哈剌察首先建议向蒙古军投降，以保全城军民生命。但是海儿汗自知不会得到蒙古军的饶恕，而且也没有突围希望，只能死战到底，于是打出“以死守，报主恩”的冠冕堂皇的旗号。两员主将意见不合，守城军民斗志更为瓦解。
后来，啥剌察终于乘夜率领所部一万精兵从苏菲哈纳门冲出，妄图逃窜，结果被蒙古军所俘。察合台与窝阔台亲自审问，弄清了城内兵力、部署、工事和军民斗志，然后以其不忠于主而下令斩首。蒙古军乘机从苏菲哈纳门攻入外城，将居民驱于野外。
守将海儿汗率两万残兵退守内城，据险抵抗，箭射光了，用砖瓦打；刀枪没有了，进行肉搏，双方伤亡都很大。这种巷战、街垒战一直持续一个多月，守军几乎伤亡殆尽，海儿汗仅剩下两名士兵，仍钻进一座屋顶的塔内死守不降。蒙古军因奉成吉思汗之命，要活捉海儿汗，因此也不用箭射刀砍。后来海儿汗的两名士兵战死，他手中也没有武器了，仍然命令妇女拆墙递砖，向下抛掷。直到砖头用光，蒙古军一拥而上，才将他活捉。
海儿汗被押送到成吉思汗大营，交由大汗亲自处置。成古思汗命人将熔化了的金银液灌入他的口眼和耳朵，作为对贪心害人者的惩罚。
术赤军团奉命向毡的（在今锡尔河右岸）进军，路经速垦纳黑（即昔格纳黑，在哈萨克国契伊利东南）城，派忽辛·哈只率使团前去劝降，被守城将领杀死。术赤下令强攻此城，城攻克后将该城守军全部杀死。
术赤军又继续攻占了讹迹刊、巴耳赤刊后，进至阿失纳思。术赤又派成帖木儿率人进毡的城招降。市民恃城坚而固守。蒙古军挖掘战壕，用高梯从四面八方登上城墙，打开城门。市民们由于没有抵抗而被赦免，只杀了几个侮辱成帖木儿的人。
术赤率军溯河而上，继续攻下养吉干等数城，兵员也得到了补充。畏兀儿兵一万人则于攻下养吉干后，奉命归国，大约是保护后方交通线去了。
阿剌黑那颜、撒黑秃和不花三人率领蒙古军，先攻下别纳客忒，将城中青壮年编成签军———当地人称为“哈沙儿队”。“哈沙儿”为阿拉伯语，其原意为农忙时帮人干活的帮工，在蒙古西征时借指被征服地区的俘虏、居民，被蒙古军利用担任攻城工作或充当先头掩护部队。
接着，蒙古军向忽毡进发。忽毡紧邻锡尔河，河中有河洲孤岛。守将帖木儿·灭里是花剌子模名将，他早在洲中孤岛布设高堡，率数千精锐坚守，蒙古军的箭和弩炮都射不到他。于是征集当地“哈沙儿队”五万多人，从三十里外运石在河中铺垫道路，并从附近调来二万援兵准备围攻。帖木儿·灭里又出奇计，派人乘坐事先备好的十二只小艇，艇上覆盖毡子，用醋浸泥涂于毡上，上面留有窗眼。每天向各个方向派出六只小艇与蒙古军激战，蒙古军的箭、火、石头、油对这种小艇都不能发挥作用。
然而蒙古军越来越多，帖木儿灭里寡不敌众，渐渐独立难支，便于夜间乘坐七十只船，顺水而下，企图逃走。蒙古军层层阻击，贴木儿灭里且战且退，在别纳客忒砍断横拦在河上的铁链，顺河到达巴尔赤刊。术赤闻讯，早已在锡尔河两岸布置阻击部队，并架设浮桥，设置投射器和弩弓。贴木儿灭里只好从巴尔赤刊登岸。蒙古军急追，他将辎重遣走，自己留在后边掩护，苦战数日，士兵死伤大半，贴木儿灭里用仅有的三支箭射退蒙古军，单人独骑逃往玉龙杰赤去了。贴木儿灭里因此而被西方视为传奇式的民族英雄。
在西方史料中，对蒙古军杀人屠城的记载很多，动辄说是“斩尽杀绝”、“鸡犬不留”等，其实往往是无限夸大。这主要是因为当时史料都是刚刚被征服地区的人所写或依据其传说，难免言过其辞。另外，应当承认，蒙古军西征确有屠城之事，其原因在于伐金之役可以用持久战消耗敌人，同时亦有时间从容扶植降将。对花剌子模则必须迅速荡平，时间上不允许拖延。所以不得不采取恐怖政策，选取一二重点，残酷无情地屠城，借以慑服潜在的或已发生的反抗力量。否则一旦大军班师，只留少数蒙古军绝不可能统治如此广阔的地区。
阿姆河流域诸城是成吉思汗亲自率军攻克的，其过程充分体现了成吉思汗对花剌子模的政策和策略。
成吉思汗和拖雷率蒙古远征军主力在向不花剌进军途中，于1120年2月到达咱儿纳黑城。城中居民有的要抵抗，有的想投降。成吉思汗按照一贯作法，派答失蛮哈只不为使者进城劝降，被城中主战派包围并要杀死他。答失蛮哈只不厉声喝道：“我也是穆斯林，为了真主，我奉成吉思汗诏命，出使来见你们，把你们从毁灭的深渊和血河中拯救出来……若你们有丝毫反抗，一个时辰内，你们的城池将被夷为平地，原野将成血海。若听从忠言和劝告，服从大汗的指令，你们的生命财产将固若金汤。”
市民们经过商议，最终接受劝告，选择了和平，然后派使者出城献礼，朝见成吉思汗。成吉思汗温言抚慰，并下诏说：“咱儿纳黑的一切人，不管是谁，都到郊外去，拆掉城墙，而后清点人数，征青壮年从军，往攻不花剌，其余人各回各家。”
由于咱儿纳黑明智的选择，保存了全城居民，所以成吉思汗命名此城为“忽都鲁八里”意为“幸福之城”。
成吉思汗招降咱儿纳黑城之后，从城中找来向导，于1220年2月迫近纳儿城（即今乌兹别克的努腊塔）。蒙古军途经城郊园林时，在夜间伐木为梯，骑马扛梯前进，因而行军缓慢。城上守军以为是商旅马队，直到大军抵达城门时才发现是蒙古大军，于是急忙紧闭城门。
蒙古军遣使进城，告谕成吉思汗驾临，劝城中百姓及早投降。城中百姓有的主战，有的主降，有的犹豫不定。经使者多次往返，达成协议：纳儿城军民准备好粮草，遣使进献给成吉思汗，表示愿意归降。成吉思汗接见了使者，命令速不台处理有关事宜。速不台率军和平入城，保证了城中百姓的生命财产安全。
纳儿人选送六十人随军作战，成吉思汗驾临纳儿城，受到居民的欢迎，并敬献礼物。成吉思汗对他们以礼相待，并允诺不增加赋税。
不花剌又称不花儿，即今中亚布哈拉，意思是“学术的中心”，因为它是伊斯兰教文明的中心之一，有“伊斯兰教的罗马”之称。此城9～10世纪是萨孟尼王朝的首府，寺院、学校、藏书楼众多，学者云集城内。“它的四方有博士和律师的灿烂光辉作装饰；它的周围有高深学识的珍宝作点缀。”不花剌分为内外二城，外城很大，城墙高而宽，四周有12座城门。不花剌位于花剌子模王国的新都与旧都之间，是河中与波斯东西交通的咽喉，也是撒马耳干西方的唯一屏障，自古便是战略要地。正由于以上原因，摩诃末派了名将阔克汗及三万军队防守此城。
成吉思汗包围不花剌城时，采取的是围三缺一战术，即故意留出一面，引诱守军出城，以便在运动中歼灭，这样可以充分发挥蒙古军善于野战的特长，远比打攻坚战有利。阔克汗为扩编新军，率二万人从城中潜出，这一行动正中成吉思汗下怀。当守军夜间出城，翌日凌晨到达阿姆河畔时，蒙古军立即追至，打了一个漂亮的歼灭战。不花剌城内伊斯兰教的长老、法官、宗教首领们听到守军被歼，只好献城投降，蒙古军遂于1220年3月占领不花剌城。
不花剌城的名绅们出城迎接成吉思汗，大汗在拖雷陪同下进城。他骑马巡视到大清真寺，问：“这里是算端的宫殿吗？”名绅们回答：“这是主的庙宇。”大汗在寺内下马，命令“将我的马喂饱”。于是不花剌人搬来谷草在院内喂马。大汗还问到伊斯兰教的宗教信仰问题。听了介绍后，曾说：“何必要往麦加朝圣呢？上天的威力无所不至，岂只限于一处？”大汗又登上祈祷广场的讲坛，向市民们发表了著名的讲演。成吉思汗历数摩诃末及其部下撕毁和平通商条约、背信弃义、虐杀蒙古使臣和商队的罪行，指出：“大家知道，你们犯下了大罪，你们的大臣都是罪魁。我是上帝之鞭，代表上帝来惩罚你们的。如果你们没有犯下大罪，伟大的主决不会让我来惩罚你们。”成吉思汗最后要求市民：第一，不要给摩诃末以任何支援；第二，命令把摩诃末的军队从内堡赶出来，帮助蒙古军肃清城内残敌。并命令“富翁们把埋在地里的东西交出来”。讲演完，他便离开了不花剌。从此“上帝之鞭”的名言便传遍了花剌子模。成吉思汗的这篇讲演，有理有据，义正词严，充分说明了西征的理由，同时又加以恐吓，既是宣传战，又是心理战，对蒙古夺取军事上的胜利起到了推动作用。
然而，市民们毕竟无力驱逐残余守军。蒙古军在市民支援下连续打了几天巷战和街垒战，终于胜利结束战斗。
成吉思汗下令市民拆毁城堡，填平水壕，挑选青壮男子组织签军，其他居民一律回家。成吉思汗任命塔兀沙·八思哈管理不花剌，该城不久便恢复了当初的繁荣景象。
成吉思汗自不花剌东进，又连下二小城，主力直指撒马耳干。
“幸福之城”咱儿纳黑和不花剌讲演的事例，都说明成吉思汗对花剌子模的政策是非常明确的，即“投降者生，抵抗者死”。他的屠城往往都是针对顽强抵抗、反复无常的城镇，但也不是滥杀无辜。另外极个别的是由于特殊原因，例如他的爱孙蔑忒干（察合台之子）战死于欣都山南的范延堡，城破后，大汗下令不赦一人，不取一物，悉加毁灭，并将此城赐名为“卯危八里”（“歹城”或“被诅咒的城”），据说此城“百年后尚无任何有生命之物生存”。成吉思汗曾引用草原上老人们的话说：“将尔无法媾和之敌消灭后，远近始可太平。”其中隐含着以战止战的深刻哲理。只要有争取和平的可能，成吉思汗总是愿意选择不流血的手段，例如宣传、招降、谈判、恐吓等。《蒙古秘史》是蒙古人所写的最原始、最可靠的史料，其中连成吉思汗少年时射杀异母弟之事都直书无隐，若其屠城滥杀，则必定会毫无避讳地记载下来。然而《秘史》却大量记载着各地人民对成吉思汗望风而降、忠心拥戴的故事。马可·波罗在他的游记中也说：“成吉思汗每征服一城一郡，并不残害百姓，掠夺财产，只不过安置一些亲信部队留下治理。而这些为他征服的人民逐渐了解他们如何受到成吉思汗的保护，了解他的手下并不伤害他们，他竟是这样一位高贵的领袖，他们便放下了敌意，献出赤诚的心和全副的灵魂，成为矢志效忠于他的人。”在人类历史上，不能想象可以靠屠杀来长期征服和统治一个较大的国家和民族。所以成吉思汗西征的成功，善于争取人心是一个重要原因。
花剌子模的都城撒马耳干，又称寻思干（我国汉代称为康居），意为肥沃的都市，原为奥斯曼汗的独亚领地。该城市场繁荣，文化发达，宏大的藏书楼，华丽的宫殿并肩林立，是东方伊斯兰教的中心，人口号称五十万。这里距不花剌有五日行程，它位于阿姆河水上，沿河风景优美，园林别墅相望，历来是河中地区的政治中心、经济重镇和军事枢纽。该城北有红沙漠为屏障，南有铁门关天险作护卫，锡尔河、阿姆河遥遥从三面环绕着它，地势优越，又是东西南北交通要道，战略地位十分重要。摩诃末在此建设新都是很有眼光的。他在此城挖壕蓄水，加固城堡，可称固若金汤。在与蒙古军战前，摩诃末把它作为战略防御的核心，在城周围建筑了若干条外垒防线，城墙加高，城壕深挖放水，守城军队增多至十一万人，并有二十头战象。该城守将也是精心选中的母后之弟脱盖罕。因而城中军民普遍认为再强大的军队也得攻三四年，当时号称是“不可攻克的城市”。
成吉思汗早就搜集了有关撒马耳干的情报，所以采取了十分慎重的作战方针：先集中兵力扫清外围城市，将撒马耳干变成一座孤城，然后集中三路军团，以绝对优势兵力强攻。根据这一战略部署，成吉思汗命令各路大军对沿途城镇能招降则招降，凡有抵抗者则迅速攻克，个别城坚难攻下者只留少数部队围攻。成吉思汗本人则马不停蹄，直奔撒马耳干，选择附近的阔克萨莱作为大本营。
不久，窝阔台、察合台等攻占讹答剌后率蒙古军及当地签军赶到撒马耳干待命。成吉思汗派一部兵力进攻河滨堡塞，扫清外围，同时命令各军团准备攻城器材。
成吉思汗亲自策马率领高级将领勘察地形，经过三天勘察，发现撒马耳干三面环山，只有城西是平原，所以决定将战场摆在西门外。他虽然看到了坚固的城墙、深深的壕沟、铁制的城门，也赞叹此城名不虚传，但是他更重视人的因素。他对众将说：“城的强大，只有赖于防御者的勇敢才行。”这真是颠扑不破的千古名言。
成吉思汗在城外巡察时，命令从不花剌等地抓来的俘虏，每十个人打一面旗帜，充作蒙古军，向城内耀兵。城内守军虽远比攻城的蒙古军多，但却自以为兵步，先怯了三分。他们说；“蒙古兵人数超过了沙粒和雨滴，他们把城市团团包围。”
虽然攻城的准备都已做好，但当成吉思汗听到情报，说摩诃末已不在城内，便立即决定擒贼先擒王，把追歼摩诃末放在第一位。于是他派出智勇双全的者别、速不台二将以及脱忽察儿，令其各率骑兵一万人追歼摩诃末；再派葛答黑那颜、牙撒兀儿前往铁门关、镬秒和塔里寒，以阻击敌之援兵；并指定拖雷相机前往平定呼罗珊，支援者别、速不台二将的追击战。
三天之后，成吉思汗部署完毕，下令包围撒马耳干。城中守将阿勒巴儿汗等率军出击，想乘蒙古军展开之际，打一个措手不及。成吉思汗早有准备，派出掩护部队迎战，双方大战一场，伤亡都很大。
傍晚，成吉思汗下令攻城，先以射石机、火焰喷射机、火箭投射器、弩炮、撞门机等实施急袭，然后派兵在城门前占领有利地形阻止敌军冲出城外。接着成吉思汗亲自上马，指挥各军团发起攻城。守军放出战象投入战斗，蒙古军沉着应战，以射石机和弓弩射死、射伤战象，惊恐、负伤的战象逃回城中，反而踏死踏伤很多守城步兵。
一天的激战，使撒马耳干军民忧心忡忡，主张投降的人越来越多。城中伊斯兰教长老、裁判官、《古兰经》保管者决定去拜见成吉思汗，乞求投降。成吉思汗抚慰和鼓励了他们，并巧妙地利用了城中居民对摩诃末的不满，让他们回城后向市民们宣传说：“撒马耳干原本是独立的奥斯曼汗的领地，只是在七年前被摩诃末用阴谋手段夺取，还将敬爱的领袖奥斯曼汗诱出城外杀害。”于是引起市民暴动，守军中的三万突厥兵也归附了蒙古军，其余残兵败将退守内堡。
蒙古军开进撒马耳干，立即拆毁城墙，填平城壕，直到骑兵可以自由来往为止。成吉思汗按照惯例命令全城居民在城外集中，听候处置。在缴纳罚金之后，伊斯兰教长老们及其教徒的五万家属被允许住在城内，其余市民被赶到野外，其中三万名艺术家、技师、工匠、铁匠被分配到蒙古各军团服务，青年男子从事土工作业，一部分青年从事军队勤务。蒙古军颁发布告：倘有人藏匿不出，那就要他们流血丧命。很多躲在地窖、地洞里的军民走出来投降，未降者皆死于非命。
傍晚，蒙古军暂离市区，而内堡守军已是肝胆俱裂。只有阿勒卜汗率领一千名决死队员冲出内堡，杀出一条血路，逃去与摩诃末会合。次日凌晨，蒙古军把内堡围得水泄不通，一阵矢石相攻，不久便冲进内堡，消灭了守军，只有近千名守军退守清真寺，用火油桶和簇箭坚持战斗。蒙古军用火焰发射器攻击，烧毁了清真寺，守军与清真寺同归于尽。
成吉思汗任命当地伊斯兰教长老的两个朋友为撒马耳干的知事和总督，派一名蒙古人任监督，治理当地居民。社会秩序和生产很快得到了恢复。
此后，成吉思汗自率主力往攻塔里寒，而命察合台率军往攻花剌子模旧都玉龙杰赤。成吉思汗分兵经略河中未攻下的诸城，主力在撒马耳干至不花剌之间休整。他自己则到渴石（在撒马耳干城南一百五十里）避暑。至秋天，率幼子拖雷攻忒尔迷，十日破城。不久，闻者别、速不台军去后，呼罗珊地区又多叛乱，杀蒙古所留长官，便分兵一部，令拖雷前往平定呼罗珊，余众则在阿姆河北岸冬营。
成吉思汗攻占撒马耳干，标志着河中战役已取得决定性胜利，也为西征的全面胜利奠定了基础。花剌子模国主逃亡、都城陷落，从此以后很难组织起有效的反抗，成吉思汗只需一一平定其城镇而已。
蒙古人把花剌子模国的旧都称为玉龙杰赤（今土库曼库尼亚），它原名即为花剌子模，是西方伊斯兰教的中心。此城横跨阿姆河两岸，沿河适于耕种，两岸芦苇丛生，湖泊遍布，水路四通八达，再远便为沙漠所包围。从地形看，不利于蒙古骑兵机动作战，是一个易守难攻的城市。
玉龙杰赤是摩诃末父祖几代国王多年经营的老营，摩诃末建立新都后，他的母后秃儿根可敦还住在此城。成吉思汗为了利用并扩大摩诃末母子间的矛盾，曾实施离间计，提出蒙古军不会攻取玉龙杰赤。所以直至1221年10月，也许是成吉思汗得到摩诃末诸子潜回玉龙杰赤的情报后，才决定进攻此城（一说攻城是在1221年春天）。这时，由于锡尔河、阿姆河沿线诸城均已为蒙古所有，玉龙杰赤犹如一座“断了绳索的帐篷”，处在风雨飘摇之中。
玉龙杰赤城本是秃儿根可敦的老巢，摩诃末率三位王子出奔后，她便率领摩诃末的妃妾携带珍宝，逃往牙即儿。当时，摩诃末昔日兼并的诸国王侯，均在玉龙杰赤狱中，秃儿根可敦恐怕去后生变，遂下令将他们全部投入阿姆河中淹死。只是因为要去牙即儿王国需要向导，秃儿根可敦才命令留下牙即儿王子乌马儿汗。乌马儿汗虽然忠心耿耿地完成了向导的使命，但秃儿根可敦一到牙即儿便立即将他斩首。这位善于弄权而又极为残忍的老太太，躲在地势险峻的伊剌勒堡中，仍然逃不脱悲惨的命运。
后来速不台奉命追击摩诃末，路经伊剌勒堡，便留军一队围攻。此堡因常年多雾多雨，从无蓄水备旱习惯，然而在蒙古军围攻的数月中，竟然滴雨未下。堡中守军饥渴至极，不得不投降。蒙古军占领该堡之后，突然天降喜雨，众皆叹为奇事。
蒙古军俘获秃儿根可敦和摩诃末诸妻诸子后，押送成吉思汗大营。成吉思汗于1225年回军时将秃儿根可敦带到蒙古本土，她直到1233年才死于和林。伊剌勒堡城破时，下臣曾建议秃儿根可敦突围，投奔其孙札兰丁，因札兰丁当时尚拥有重兵。但秃儿根可敦却“宁受敌俘之痛，也不愿往依其孙”（《多桑史》）。由此可见，这位老太太性格之倔强已经到了敌我不分的地步。她胸中燃烧着的野心和权势欲，使她仇视自己的子孙，宁愿远离故乡，在黄沙漫天、逆风千里的草原，在征服者的蒙古包里，寂寞悲惨地了其一生。
自从太后走后，城中无主的玉龙杰赤一片混乱。后来札兰丁兄弟潜回，集合部队，仍有七万多人（一说九万多人）。但由于统兵将领多为康里人，对于印度母亲所生的札兰丁不服气，加以札兰丁个性坚强，约束较严，故康里将领竟密谋杀害这位新国王。札兰丁闻讯，只好于1221年2月秘密离开玉龙杰赤，出奔呼罗珊。随从的只有原浩罕守将帖木儿·灭里等三百骑兵。
札兰丁逃走后，他的两个弟弟也逃出城外，中途被蒙古军截击杀死，玉龙杰赤再次陷入群龙无首的乱局。只好共推太后的近亲、突厥将领马儿的斤（又名忽马儿）为统帅，迎战蒙古大军。
成吉思汗派察合台进攻玉龙杰赤，并派术赤从毡的调兵支援。术赤、察合台认为此城应该智取，不宜强攻，于是采取诱敌出城，在野外伏击歼灭的战术。守军果然上当，盲目出城，早已埋伏好的蒙古军突然出击，切断敌人进退之路，消灭敌军甚众。
次日，蒙古军包围全城，术赤使人劝降，并告谕城中军民：成吉思汗已将此城封给自己，极愿保存这座都城完好无损，已令蒙古军不得损害，唯望城中速降。城中一部分人士主张投降，但另一部分人自恃城坚，不肯投降。于是蒙古军发起猛攻，守军损失惨重。但守将斐里敦古里依托坚固的城墙和工事，闭门不出，蒙古军亦无可奈何。如此相持6个月之久。蒙古军将领烦躁起来，主帅术赤和察合台之间也发生了意见分歧。察合台主张强攻、屠杀；术赤则认为破坏了城市，占领了又有何意义。因此双方号令不一，部队纪律松弛。
成吉思汗得知后，自责用人不当，深为内疚。随即派窝阔台来担任总指挥，并限期攻下此城。窝阔台不负厚望，团结、协调了二位兄长，重新整顿了军队。三人经过调查分析，采取了军事进攻与政治瓦解相结合的作战方针。在军事进攻方面，积极准备攻城器械，由于当地全为沙漠，没有石头，便就地取材，将桑树干锯成木块，渍在水中增加重量，代替炮石用。又用10天时间填平了城壕，拆毁了外垒墙根。在政治瓦解方面，则遣使阐明利害，告谕军民投降，以免玉石俱焚。
准备就绪后，蒙古军发起了新的攻势，火焰发射器把涂满油脂的易燃物点燃后射入城中，把石脑油壶、火油桶投掷到房顶上，全城立即变成了一片火海。当军民出来救火时，抛石器又将桑木块等射入城内，像冰雹、陨石一样倾泻在城内军民头上。窝阔台又和两兄商议，断绝城内水源。如此经过七天的苦战，终于全歼守军，攻占玉龙杰赤。他们把全城居民赶到城外，从中挑选出十万名工匠、艺人交由成吉思汗分配给各军，然后放水淹没了全城。
蒙古军攻占玉龙杰赤，旷日持久，费时六七个月，主要原因在于主将兄弟不和。成吉思汗发现问题后，深自反省，及时解决，派窝阔台协调二兄关系，其中并非没有考验窝阔台的意思。而窝阔台妥善处理与二兄长的关系，表现出较高的团结协调能力和指挥作战能力，也树立了自己的威信，增强了成吉思汗传位给他的信心和决心。此事在帝国历史上影响是深远的。
花剌子模国王摩诃末在扩张领土、吞并邻国时一直所向无敌，因而十分狂傲自大，但与蒙古军初一交手便险些被俘，又变得惶惶不安。接着摩诃末又犯了战略上的严重错误，把自己的几十万兵马分散到数十百个城市守“点”，而蒙古军却灵活机动，在“面”上横行无阻，将这些“点”各个击破。于是他更为悲观，竟然到处散布失败情绪。他下令改建撒马耳干城墙，有一次从城壕走过，竟说道：“前来进攻我们的军队，只要每个人扔下自己的马鞭子，这条壕沟一下子就被填平了！”他去那黑沙视察战备，也说，“国家无力保护你们”，“自谋活命之计吧，蒙古军队是无法抵抗的”。这些话使他的军队和臣民大为沮丧。花剌子模军队并不是不能打仗，他们过去攻城略地，很有作战经验；他们守卫讹答剌、玉龙杰赤等城都有六个月之久。但是作为国王和统帅的摩诃末却首先在思想上被吓倒了。
当蒙古军席卷土耳其斯坦，攻陷不花剌，向撤马耳干进军时，摩诃末对自己的领地喊了四次“安拉万岁”之后，便放弃指挥，仓皇逃走了。
在南逃途中，他母后的一些亲族和康里贵族随行，这些人决定要乘乱谋杀他。摩诃末听到密告，连夜离开自己的帐幕，才幸免于难，到达你沙不儿（今伊朗内沙布尔）。他在这里大约停留了三星期，作了两项处置：一是下令全国“坚壁清野”，乡村及小镇人民迁入大城，命令各城守军固守本城，以待他募兵来援。但这项命令等于一纸空文，人民并不愿背井离乡，军队也大都敌至即降；二是请太后率王妃、王子们从玉龙杰赤逃往马三德兰山区的伊剌勒堡避难。
摩诃末不分是非，拒纳忠言，他的儿子札兰丁请求留在自己的封地哥疾宁，招集部队保卫呼罗珊地区，并建议他召集各地军队，集中力量攻打蒙古军。摩诃末没有采纳这些意见，以致处境更加被动。
成吉思汗得知摩诃末南逃，身边兵力不多的情况，决定“必须赶在人马聚集在算端（指摩诃末）身旁，四方的贵族援助他之前，把他消灭干净！”他对派去追击摩诃末的者别、速不台等将军说：“朕命你们去追赶花剌子模算端，直到将他追上为止。不论他逃到天涯何处，紧追不舍，你们不擒获他不要回来。你们可在三年内结束战事，通过钦察草原回到我们老家蒙古斯坦。”成吉思汗还授予他们用畏兀儿文写的招降告示，大意说：“上帝以大地之国自东至西付我一人，降者保其身家，抵抗者并其妻女家属杀无赦！”
者别、速不台等率领三万勇士追击到巴里黑，该城的人设宴供食，恭敬迎接，蒙古军只要了一名向导便继续前进。部队到达哈维州的咱维城时，遭到当地人击鼓咒骂。蒙古军便架起云梯攻城三日而下，然后屠城焚烧，继续向你沙不儿前进。
摩诃末闻讯，从你沙不儿逃往波斯伊拉克，途中又改变主意，逃向可疾云（今伊朗首都德黑兰西北之卡兹文）。
这时，者别、速不台率军来到你沙不儿，招降当地军民，然后分两路追击摩诃末，速不台走南方的交通大道，者别通过北方山地，至今德黑兰附近的剌夷城会合。剌夷城抵抗，蒙古军袭破之。他们每到一地，凡投降者赦免，抵抗者消灭，各地望风而降。
摩诃末一路逃跑，随行的贵族和士兵大多四散离去。摩诃末和诸子逃向哈伦堡时，路上遇到蒙古军（当系小股侦察部队），侥幸未被认出，摩诃末乘乱骑了一匹伤马逃至哈伦堡。次日本想逃往报达，但蒙古军追得很急，于是临时改变主意，转到撒儿者罕堡。此后便连续经吉里阳、亦思必答儿、歧兰到阿模里答纳牙，这是里海南岸的一座大城，摩诃末在此停留一段，最后听从马三德兰权贵的建议，逃到里海中的小岛上。先去阿疏儿·阿迭岛，又怕走漏消息，转移到阿必思浑岛。这时者别军已追到，但没有找到摩诃末，只俘虏了他的嫔妃，收缴了他的金库，全部押送到成吉思汗大本营去。
另有一说，认为摩诃末是佯奔报达，因报达的哈里发是摩诃末宿仇，去那里无疑自己送死。而蒙古追兵却上了当，向西南报达方向追去，及知受愚，已失敌踪，遂引兵北上，至大不里士。在此大约得到摩诃末的准确消息，才分兵一部，追至阿模里。此时摩诃末已乘船入海，蒙古先头部队乱箭齐发，已经无能为力了。
只身困于孤岛的摩诃末得知母后、妻子被俘，次子命丧剑下，悲苦已极，得了肋膜炎，自知不久于人世。他回顾往事，认为诸子之中非札兰丁不能复国，遂废去软弱无能的斡思剌黑，另立勇敢的札兰丁为国王。他亲解佩刀，系于札兰丁腰间，命诸子立誓效忠札兰丁。此一决定可谓正确之至。据说摩诃末在岛上每天祈祷5次，眼泪汪汪地忏悔，尽管后悔无助于复国，但这一决定深思熟虑，毕竟不失为亡羊补牢的积极努力。
1220年12月（一说1221年7月）摩诃末因患肋膜炎，加上亡国之悲，哀恸而死，死后便草草埋葬在这个小岛上。一个叱咤风云的大国之君，据说死时仅能用身边仆人的衬衣裹尸，可见其穷困潦倒之状。直到数年之后，札兰丁从外地窜到此岛，才将其遗骸移葬于德黑兰附近的阿儿答欣堡。
摩诃末死后，追击他的者别、速不台军并未及时得到消息，还在寻找。他们先克剌夷城，再下忽木、哈马丹（今伊朗西部哈马丹市）。市长闻讯奉重币迎降，蒙古军派一将驻守。后攻破赞章，在攻可疾云时遇到反抗，但不久即将此城攻占。
摩诃末这位当年的铁血统帅，南征北战，吞并数国，何其狂妄！但面临强敌却一蹶不振，束手无策，甚至放弃自己的都城和百姓，只图一己之苟生。然而在成吉思汗“穷寇必追，除敌务尽”的政策下，他逃至孤岛也难免一死，致使一世英名，空留荒冢。不过，摩诃末临死前终于正确地决定改变王位继承人，选择札兰丁继位，毕竟是大有眼光的。
成吉思汗在派遣者别、速不台等追击摩诃末的同时，又派拖雷率七万骑兵随后支援，并相机扫荡呼罗珊地区，平定其余未降之地。
所谓呼罗珊地区，是指阿姆河以西、科贝扎特山脉以东，北至卡拉库姆沙漠的大片地区，包括今土库曼大部分领土。这里于1220年被摩诃末吞并。这一地区的主要城市有四个：巴里黑、马鲁、也里、你沙不儿，均为人口稠密，商业发达之地。
1221年秋，成吉思汗、拖雷率军离开撒马耳干，经渴石、那黑沙不、铁门关向阿姆河北岸要塞忒耳迷（今捷尔梅兹）进军。激战11日，攻克忒耳迷。
随后，成吉思汗恩威并施，占领罕忽儿忒（今塔吉克库良布省）、巴达哈伤等地，并于1222年初渡过阿姆河，向呼罗珊最重要的城市巴里黑进军。巴里黑闻风请降后，又向阿富汗木尔加布河上游哈兀儿马黑旧堡的塔里寒进军，由于守军恃城坚固守不降，围攻长达七个月之久方攻下。
而拖雷则以脱忽察儿为先锋，率大军开向呼罗珊地区，先后攻占了这里的主要城市。
摩诃末死后，将王位传给札兰丁。札兰丁坚定、勇敢、有计谋，是花剌子模统治集团中最坚决的抵抗派。他听到蒙古军主力撤出呼罗珊和伊拉克，便决心以旧都玉龙杰赤为基地，抗蒙复国。但玉龙杰赤的将领密谋将他杀死。札兰丁得讯，乘夜逃奔你沙不儿，然后去父王当初封授给他的采邑哥疾宁。
札兰丁回到自己的封地，立即稳住了局势。他的部下从四面八方赶来投奔，其中较大股的部队是阿格剌黑率领的由河中溃逃至印度白沙瓦的部队。札兰丁很快聚集了八九万军队，遂进屯巴鲁安（又名八鲁湾，今阿富汗查里卡东北），积极整军备战，准备反攻。当时马鲁都督汗灭里已降顺蒙古，闻讯后也派人来联系，准备叛蒙。
这时，成吉思汗正在塔里寒山麓度夏，听到札兰丁的举动，便派失吉忽秃忽，哈勒扎等率军三万人去哥疾宁地区，并命汗灭里协助行动。蒙古军不知道汗灭里已准备叛变，所以两军共同行动时放松了警惕。汗灭里与札兰丁约好在巴鲁安会合，并通知了当地百姓，便率军投向札兰丁。待失吉忽秃忽发觉追击时，汗灭里已到达巴鲁安。
在此之前，失吉忽秃忽的先头部队围攻瓦里安堡时，曾遭到札兰丁的袭击，死伤一千余人。先头部队人数少，只好渡河防守。
汗灭里与札兰丁会合后，军力大增。当蒙古军发起进攻时，札兰丁令全军下马，将马缰绳系在腰带上，用弓箭准确射击。双方酣战一天，未分胜负。
次日，失吉忽秃忽命令全军制作假人，放在马上疾驰，以示后续部队赶到。札兰丁部下人人恐惧，建议后撤。只有札兰丁拿定主意，坚持不退，反而下令全军下马，进行步战，以弓箭阻击敌人。蒙古军几次冲击，均被密集的弓箭击退。
这时，札兰丁看准了机会，吹起号角，下令全军乘马冲锋，大举反攻，蒙古军只好退却。当时原野上坑洞很多，蒙古军纷纷落马；当地的沼泽也限制了骑兵的机动；同时，札兰丁还派一支部队迂回切断蒙古军退路，因而使蒙古军伤亡惨重。
巴鲁安之战失败的消息传来，成吉思汗镇静地说：“啊，失吉忽秃忽只知道打胜仗，这次叫他尝尝败仗的味道也好嘛！”话虽如此，他还是立即率领诸子向阿富汗进军，路过巴鲁安附近，他还特意与失吉忽秃忽及诸子、诸将巡视了当时的战场，听取了失吉忽秃忽的详细汇报，当场指出他的错误，如选择战场不妥、进攻队形不对等。这不但教育了失吉忽秃忽，而且让诸子、诸将从中吸取教训。
金无足赤，人无完人，失吉忽秃忽作为大断事官，精明强干，十分称职，但对指挥作战却缺少经验和才能。成吉思汗对他的错误并没有发火、处分，这固然因为当初有允许他百次犯罪不罚的特权，但更体现出成吉思汗对部下的关心和爱护。对部下的错误注重说服、引导，帮助他们总结经验教训，使之心悦诚服，这也是成吉思汗得到部下衷心拥护的重要原因。
札兰丁在巴鲁安之战中虽取得胜利，但却被胜利冲昏了头脑。在花剌子模国家生死存亡的严重关头，他不是乘胜前进，扩大战果，以救国家于危难之中，反而陶醉于开祝捷大会，热衷于把俘虏折磨致死等。国王如此，将领们自然更不像话。他们为分战利品而各不相让，汗灭里和阿黑剌黑将军为争一匹骏马竟然大打出手。由于汗灭里是札兰丁的舅父，札兰丁处理此事时明显偏袒了他。阿黑剌黑甚感不平，气愤地率领所部四万多人马离开札兰丁，回白沙瓦去了。
札兰丁兵力锐减一半，士气大挫，只得返回哥疾宁。不久成吉思汗亲率大军昼夜兼程，赶来决战。札兰丁无力抵抗，急忙退兵到申河。申河即今印度河，横贯于巴基斯坦中部，水深流急，是一道天然的地理屏障。札兰丁便企图渡河退至印度。
成吉思汗由塔里寒越过兴都库什山，视察巴鲁安战场，攻下巴米安城。然后续进哥疾宁，此城不战而降。
蒙古军进展神速，很快就追上了札兰丁，并派人到营前挑战。这是成吉思汗第一次以优势兵力对敌作战。札兰丁只看到蒙古军如暴风雨前翻滚的云层，黑压压一片涌来。札兰丁深知敌我力量悬殊不敢应战，只想尽快渡河。
成吉思汗挥兵南追，连夜吃掉了札兰丁的后卫部队。札兰丁逃至申河边，仓促转入防御，以掩护部队渡河。同时又将辎重，宝货等连夜装船，以待次日清晨渡河。
然而，蒙古军已连夜完成了对札兰丁的包围，于1221年11月24日凌晨发起猛攻。《史集》描写当时的情况说：“（蒙古军）围成一把弓一样的半圆形，申河像那弓上的弦。太阳升起时，算端（札兰丁）发现自己已处于水火之中。”成吉思汗挥军先冲其右翼，切断了右翼与中军的联系。右翼统将汗灭里的士兵死伤大半，自己突围败逃，被蒙古军杀死。成吉思汗又出奇兵爬山越岭，解决了札兰丁依山而守的左翼。札兰丁的防御很快冰消瓦解，只剩中军约七百人马，左冲右突，不能突围，而包围圈则越来越小了。
成吉思汗为利用札兰丁平息各地叛乱，早已下令将他活捉，不要杀死。札兰丁则认为自己难免一死，决心破釜沉舟，一拼了之。他大喊一声，纵马冲出包围，连人带马从二十多米高的陡峭山崖上跳进波涛汹涌的申河。
成吉思汗追到河边，只见札兰丁在河水中高擎军旗，正向对岸泅渡，不由得产生出英雄惜英雄的感慨，对他的大无畏精神惊叹不已。当将士们引弓搭箭，要射死河中的札兰丁时，成吉思汗亲自制止，并对诸子、诸将感叹道：“犬父竟然有虎子，真使人不敢相信。有这样儿子的父亲，难道不是很幸福吗？札兰丁是你们学习的榜样，要学习他的决断和勇气。”他还预言：“札兰丁是个能干出一番事业的人。”
成吉思汗并没有放过札兰丁，后来，他派拖雷和巴拉渡过印度河，追击札兰丁，自己则率大军于1222年春沿申河右岸北上哥疾宁。拖雷和巴拉在追击中连破必牙寨、剌火儿、本鲁坦，均未见札兰丁踪迹。到1222年春末，因天气炎热，蒙古士兵难以忍受亚热带气候，于是在占领拉合尔、白沙瓦、麦里克布鲁诸州后，取道哥疾宁北返。在此期间，成吉思汗又派窝阔台征服了阿富汗的山地民族，派察合台征服了起儿漫和忽即斯坦。
札兰丁与成吉思汗正面交战虽然仅仅一次，但却可以称为成吉思汗一生所遇最顽强的对手之一。正如成吉思汗所预料的那样，札兰丁此后又东山再起，甚至曾称霸于一时。札兰丁泅渡申河之后，收集起五十余名残兵逃到印度的德里，在印度逐渐扩张势力，拉起一支队伍，还强迫德里城的君主招他做了驸马。札兰丁于1224年从印度回到波斯，乘蒙古军主力回国之机，夺取了波斯西部许多地区，重建花剌子模王国，将国都设在帖必力斯（今伊朗大不里士）。1229年窝阔台汗即位后，又派绰儿马罕率领三万人的一支军队，开往波斯，消灭札兰丁。札兰丁重建花剌子模后，野心勃勃，到处扩张，受到周边各国的仇视，蒙古大军一到，立即土崩瓦解。1230年，札兰丁逃出帖必力斯，东奔西窜，无人收留。后来在乔治亚境内被绰儿马罕追到，又侥幸脱逃。直到1231年，札兰丁辗转逃入库特山区，竟然被当地无名猎手杀死。
札兰丁的一生，真是富于传奇色彩。他在国家危亡之际，数次向父亲进言，皆有见地；他在父亲死前临危受命，四处奔走，集聚抗蒙力量；他在战斗中勇敢机智，指挥了大败蒙古军的巴鲁安之战；他在兵败被围时，毅然跳入申河，连成吉思汗也为之惊奇赞叹。更可贵的是，他能在艰难困苦中独自奋斗，拉队伍、打地盘，再创一国，真可谓百折不挠，顽强坚韧。尽管他不乏才能和勇气，甚至也不缺少政治手腕，从各方面来说，不能不称之为花剌子模人中的佼佼者。然而他毕竟缺乏大政治家的胸襟和魄力，缺乏深谋远虑的政治头脑，加上小胜即骄、贪财好货、处事不公，单靠穷兵黩武去大肆扩张，既不能很好地团结协调内部，又不能以灵活的战略处理与邻国关系，终于一败再败，落魄逃亡，一代雄主，竟死于无名山民之手，比起他的父亲，下场更惨。
