成吉思汗征服撒麻耳干城后，除令哲别、速不台和脱忽察儿各领1万精骑追击西逃的摩诃末外，余部休整人马，待秋高马肥时，再继续进攻花剌子模的旧都玉龙杰赤。他决定由术赤部和察合台、窝阔台部进攻玉龙杰赤，由术赤指挥；自与拖雷率中军西进，扫荡呼罗珊地区。他还许诺将玉龙杰赤划为术赤的封地。
成吉思汗忽视了西征前术赤和察合台的争吵，以为确定窝阔台为汗位继承人后，他们发了誓，彼此就和好了。实际上，察合台还在和术赤暗中较劲。他赌着气，憋着劲，一举攻克讹答剌城，把挑起战争的哈只儿汗活捉，交由成吉思汗处死，已经摘取西征的头功，出尽了风头。他并不愿意听从术赤指挥，更不愿意为夺取他的封地卖命，但出征前当众发过誓，不敢顶撞父汗的命令。
玉龙杰赤位于阿姆河下游的三角洲附近，土地肥沃，商业发达，是一个富庶繁华的大城市。该城本是花剌子模的首都。摩诃末迁都撒麻耳干后，母后秃儿罕可敦与后宫仍住在玉龙杰赤。她听到摩诃末逃往阿姆河以南的消息后，也立即率诸嫔妃、王子和后宫随从离开玉龙杰赤，逃往祃桚答而境内的城堡。
当时，驻防玉龙杰赤的花剌子模军有9 万人。母后出逃时，没有任命留守统帅，守军一时群龙无首，首都出现混乱局面。1220 年夏天，号称“铁王”的帖木儿灭里从锡尔河下游辗转逃回首都，向首都军民讲述了与蒙古人作战的惊险经历。玉龙杰赤的军民立即把帖木儿灭里当作英雄，推举他为统帅。帖木儿灭里当仁不让，立即采取果断措施，划分防区，部署部队，加固城防，稳定局势，准备迎击蒙古骑兵。随着秋天的来临，经过休整的蒙古骑兵开始向玉龙杰赤集结，总数近10 万人，其中术赤部近3 万人，察合台、窝阔台部7 万多人。成吉思汗还特派博尔术、术赤台等将领参加进攻玉龙杰赤的战斗。术赤分兵遣将，首先对玉龙杰赤构成包围态势，然后派人进城劝告军民投降。他的使者对玉龙杰赤人说：“我大蒙古国大汗已将玉龙杰赤划为太子术赤的封地。太子陛下已统兵10 万列于城外，希望这个城市完美无缺，免遭像讹答剌和不花剌城那样的屠城悲剧。太子陛下一片诚心善意，已经下令不许部队进城烧杀掳掠。太子陛下希望你们打开城门，主动投降！”
但是，花剌子模的军事贵族拒绝投降。他们知道，自己和部下即使主动投降，也会被杀光，因为他们不是平民百姓。他们推举母后的族人、康里部族军将领忽马儿的斤为诺鲁思王，即一日之王，由他统率全城军民抵抗蒙军。
察合台对术赤的招降之举嗤之以鼻。
术赤招降失败后，即部署各部强攻玉龙杰赤城。由于该城处于沙漠和沼泽地区，蒙军炮手找不到可供炮击用的石头，便在郊区伐桑树干，锯成一段段，用炮抛射守军。同时，他们强迫数以万计的俘虏日夜不息地运沙土，填塞城边的濠沟。10 天后，濠沟被填平。蒙军驱赶俘虏在前面开路，工兵带着攻城器材随后，逼近外城城墙，以挖掘城墙，试图打开缺口。
守军用弓弩猛烈射击掘城的蒙古工兵，甚至不惜杀死走在蒙古工兵前面的同胞。蒙军炮军、弩兵和弓箭手猛烈还击，箭如雨下，桑树木横飞。双方伤亡惨重。
蒙军工兵利用轒辒车的掩护，终于在城墙下掘出一个个大缺口。蒙军突击队纷纷从这些缺口突入城中，与城头上的守军展开肉搏战。蒙古骑兵乘机冲入城中，追杀守军和街上的平民。
守军从城头撤往楼房中，继续用弓弩射击蒙军，并不时地冲出来实施反突击。术赤下令用石油喷火，把守军连同房屋一起烧毁。经过长时间的反复争夺，蒙军才肃清了玉龙杰赤的东城。现在，他们必须夺取连接东城和西城的阿姆河大桥，横渡阿姆河，进攻对岸的西城。
术赤挑选了3000 名蒙古勇士组成突击队去完成夺桥任务。他下达了死命令：若不夺取桥，就不许回营！
3000 名蒙古突击队队员冲上桥头，击杀了少数守军，即跨过桥去。但是，当他们到达桥的中段时，玉龙杰赤守军组织的敢死队也冲过来了。这场短兵相接的厮杀在桥上持续了整整一个上午，双方伤亡惨重，不断有人从大桥上坠落河中。守军敢死队前仆后继，轮番上阵，将3000 名蒙古突击队员全部消灭。
察合台质问术赤：为什么要在大白天去送死，而不在夜间去偷袭？术赤恼羞成怒，险些又要与这位老骂他是私生子的弟弟进行决斗。察合台与术赤不和，导致部队纪律松弛，作战协同性很差，直接影响了战局的进展。现在，蒙军付出了巨大的伤亡代价，攻击了几个月，仍未征服玉龙杰赤城。
他们各自派人去向成吉思汗汇报，把目前的局面归咎于对方。成吉思汗听后大怒，派亲信前往玉龙杰赤传令：现在由窝阔台任进攻玉龙杰赤的总指挥，必须尽快攻克该城，不得有误！
窝阔台就任统帅后，设法缓和了两位兄长的怒气，重新调整兵力部署。他接受了博尔术将军的建议，派察合台率5 万人马换乘快马，绕道阿姆河上游渡江，从西面迂回守军；术赤继续指挥争夺大桥的战斗，监视正面阵地。
窝阔台等了一个星期，等到察合台军挺进到西城西面，开始进攻西面的城门时，才令术赤部转入进攻。术赤继续组织突击队，分成数个梯队，携带猛火油柜和喷油筒，利用轒辒车掩护，登上大桥，用火喷射桥上的守军，轮番喷射，一码一码地向前推进，烧死烧伤守军敢死队员无数，终于推进到大桥西头，牢牢地控制了大桥，并向桥头两侧运动。术赤见大桥到手，即率领蒙古骑兵跨过大桥，向西城冲杀。与此同时，察合台也组织强攻，突破城门，杀进城中。西城军民在蒙军两方夹击之下节节败退，最后集中退往三个街区，派人求降。
术赤为蒙军伤亡惨重而怒火中烧，下令将城中居民和士兵赶出城外，把工匠、年轻妇女和儿童均分，兄弟三人各得一份，而将其余人统统杀死。最后术赤还派兵挖开河堤，引水灌城，将隐藏不出的平民和士兵全部淹死。繁华似锦的玉龙杰赤变成一片汪洋。
战后，成吉思汗对术赤三兄弟极为恼火，拒绝见他们，因为他们三人私分工匠、妇女、儿童和财富。术赤借镇守封地之机，拒不朝见成吉思汗。后经诸将劝解，他们父子才平息了分歧。不过，术赤开始疏远父汗和兄弟，率部驻扎在玉龙杰赤以北的草原，扫荡残敌，一心一意地经营自己的封地，未参加后面的进攻战役。察合台和窝阔台在征服玉龙杰赤后，没过多久便率部与正在阿富汗山区扫荡的成吉思汗会师。在术赤、察合台、窝阔台挥师围攻玉龙杰赤期间，成吉思汗亲率军队扫荡了阿富汗山区的城寨，同时分兵由拖雷指挥，席卷了呼罗珊地区的城镇和绿洲。
攻克撒麻耳干城后，成吉思汗和拖雷率中军到达南面的奈撒夫绿洲，让战马饱尝那里丰盛的青草，恢复体力。他们在这里度过了1220 年的盛夏，于初秋时节过铁门关（今乌兹别克拜松山布兹加勒山口）南下。成吉思汗抽调了一支精锐部队，交给拖雷指挥，向西南呼罗珊地区进攻。自率大军首先进攻阿姆河北岸的忒耳迷（今乌兹别克捷尔梅兹）。忒耳迷城军民拒绝开门投降。成吉思汗部署部队，从四面八方发起强攻，11 天后攻破该城，将全城居民和士兵赶出城外，全部杀死，洗劫了该城的财宝。然后，他分兵遣将，抄掠了附近的城寨。1221 年初，他率部渡过阿姆河，进抵巴里黑城下（今阿富汗马扎里沙里夫西）。巴里黑城居民打开城门，欢迎成吉思汗的部队进城，并献上大批物品慰劳大军。不过，该城的居民后来还是没有逃脱被屠城的悲剧。成吉思汗担心花剌子模流亡贵族会利用该城作为抵抗中心，便以清查户口为名，将全城居民赶出城外，不分男女老少，全部杀死。成吉思汗征服巴里黑城后，开始了长达七个月的围攻塔里寒寨（今阿富汗木尔加布河上游之北）之战。该寨军民英勇顽强，利用有利地形，居高临下，挫败了蒙军一次又一次攻势。成吉思汗不得不要求拖雷回师，合力攻击，才将该寨攻克，杀死了该寨全部守军和平民。
拖雷与成吉思汗分兵后，带着7 万人马渡过阿姆河，向呼罗珊地区绿洲中的城市发起一连串的攻势，相继攻克途思、奈撒（今土库曼阿什哈巴德东）、马鲁（今土库曼马里）、你沙不耳（今伊朗内沙布尔）、也里（今阿富汗赫拉特）诸城。拖雷攻占这些城市后，实施了可怕的屠城政策。据史籍记载，马鲁城军民有70 万人被杀（另说130 万人），该城被夷为平地。不过，在进攻你沙不耳城的战斗中，成吉思汗的女婿、拖雷的姐夫脱忽察儿被守军射死。他是成吉思汗西征时蒙军牺牲的惟一高级将领。他本来受命与哲别、速不台一起去追击摩诃末，但违令恋战攻城，被撤职，后被重新重用，率先遣队进攻你沙不耳。拖雷反攻，占领你沙不耳城后，下令将该城军民不分男女老幼，统统斩首。屠杀持续了15 天，该城只有400 名工匠幸免于难。大约在1221 年夏天，拖雷才结束在呼罗珊地区的毁灭性攻击，被成吉思汗召回，合兵强攻塔里寒寨。
5 追击摩诃末父子
1220 年春天，成吉思汗攻占撒麻耳干后，获悉摩诃末国王已事先逃遁。他根据自己在蒙古草原上多年征战的经验判断，如果不消灭花剌子模的国王及其上层统治集团，他们就会重整旗鼓，伺机反扑，战争将永远结束不了。他立即抽调3 万精骑，命令哲别、速不台和脱忽察儿各领兵1 万，稍事准备后，马上出征，追击西逃的摩诃末国王。他对三位爱将说：
“摩诃末逃到哪里，你们就追到哪里。即使追到天涯海角，你们也要将他擒获。如果哪个城市容留他，你们必须将该城摧毁，连人带城一起焚毁。你们沿途追击，不得恋战围城，贻误追击任务，而要紧紧咬住摩诃末的尾巴，穷追不舍。我限你们三年内完成追击任务，然后从钦察草原返回老家三河源头！”
为保证三位爱将顺利地追击摩诃末，成吉思汗还特意颁发了一份用畏兀儿文书写的公告，一式多份，由他们沿途张贴和宣达。公告写道：“各地守将、领主和百姓须知，天已命朕主此天下从东至西之大帝国。凡臣服于朕者均可幸免于难。凡胆敢抵抗朕之大军者，连同其妻儿家小及全体属民，悉将成为刀下之鬼。”
哲别、速不台和脱忽察儿受命后，开始了一场惊心动魄的追击战。途中，脱忽察儿违犯军令，大肆劫掠财物，被成吉思汗撤职，他的部队编入哲别和速不台的军中。
摩诃末得了“蒙古恐怖症”，望风而逃，放弃了一座又一座城市，一再向西逃跑。他有个儿子叫鲁克那丁，在可疾云城（今伊朗德黑兰西加兹温）集结了3 万军队，也未能给他帮上忙。他一听到蒙古追兵的风声，马上就逃跑，最后于1220 年底逃到宽田吉思海（今里海）中的一个小岛上躲藏起来。
哲别和速不台率领3 万蒙古精骑，跟踪追击，沿途只掳掠必需的良马、牲口和粮食，不恋战围城，紧紧咬住摩诃末不放。他们穿过呼罗珊地区，经今伊朗和伊拉克境，追到祃桚答而（伊朗里海南岸省名）境内。当他们获悉摩诃末的母后秃儿罕可敦带着他的嫔妃、王子和后宫随从也逃到祃桚答而境内的剌儿占（今伊朗里海南阿谋耳县的一个属区）和伊剌勒（今伊朗杜达干镇的舍里河源处）二堡中时，他们立即分兵围困这两个城堡，主力继续追击摩诃末。
当摩诃末上船欲驶往里海中小岛时，蒙古骑兵的先头部队追到岸边，纷纷向他的船只射箭。他急令水手开船离去。
哲别和速不台的分遣队将剌儿占、伊剌勒堡围困了四个月，切断了水源，迫使秃儿罕可敦率部投降。
躲在里海中小岛上的摩诃末听说母后与嫔妃、王子被俘，哲别和速不台正督促工匠造船，准备渡海进攻小岛，同时警戒森严，他的精神防线彻底崩溃了。他又病又累又伤心，预感到自己将不久于人世，便将跟随自己的几个儿子和几位大臣叫到床前，宣布废掉母后秃儿罕可敦确立的王储斡思剌黑，由札兰丁继承王位。他对他们说：“非札兰丁不足以复国！”
1220 年年底一个寒冷的深夜，摩诃末忧愤而死。他的儿子和亲信将他草草埋葬在里海的小岛上。
哲别和速不台也得到了摩诃末病死的消息，便率部就地休整过冬，同时派出一支部队走捷径，押着秃儿罕可敦和诸嫔妃、王子及宫中人，到达成吉思汗的营地，报告摩诃末已死的消息。
成吉思汗当时驻扎在阿姆河北岸的忒耳迷附近。他下令处死摩诃末的几个幼子，将他的嫔妃、女儿和宫女赏赐给诸子和将领。秃儿罕可敦也被带回蒙古草原，直到1233 年才在和林去世。
成吉思汗听说少数篾儿乞部人被打败后，逃到了太和岭（今高加索山）以北的钦察突厥部，便派人前往里海，向哲别和速不台传令：进军钦察，扫荡残敌。
哲别和速不台受命后，从1221 年到1224 年年初，击败波斯人、高加索人、钦察突厥人和斡罗思（俄罗斯）人，席卷了阿塞拜疆、谷儿只（今格鲁吉亚）、斡罗思南部、克里米亚和波斯西北部，于1224 年经里海北东还。回师途中，哲别因劳累过度而病逝。十年后，当术赤的长子拔都率军西征欧洲时，速不台被任命为西征先锋主将，因为他与哲别在这次西征中，从花剌子模转战到高加索，行程数千公里，完成了西征欧洲的战略性侦察任务，他们所遇到的对手几乎都软弱得不堪一击。札兰丁带着少数亲信，于1221 年初潜回旧都玉龙杰赤。当时，术赤、察合台和窝阔台尚未征服玉龙杰赤。城中的突厥、康里军事贵族并不欢迎勇敢能干的札兰丁，更喜欢秃儿罕可敦确立的软弱无能的斡思剌黑王储。他们阴谋加害于札兰丁，札兰丁得报后匆匆逃出玉龙杰赤。铁王帖木儿灭里也不满意军事贵族们的所作所为，带了300 名精骑，随札兰丁而去。
札兰丁和帖木儿灭里逃出玉龙杰赤后，向呼罗珊地区进发，在奈撒一带击败了一支由700 人组成的蒙古巡逻队，然后向你沙不耳逃去。但是，随后逃出玉龙杰赤的斡思剌黑和阿里在追赶札兰丁的途中，被蒙古巡逻队杀死。
札兰丁等人最后辗转逃到哥疾宁城（今阿富汗加兹尼）。哥疾宁城本是摩诃末国王早先划给他的封地。他现在是花剌子模的新国王，暂时以哥疾宁城为国都，重整旗鼓，继续领导抗蒙战争。
驻扎在哥疾宁城的康里贵族阿明灭里率5 万军队拥立新国王，同时，另一位大臣赛甫丁也率4 万军队投奔札兰丁。现在，札兰丁仿佛看到复国的希望，不时遣兵主动出击，略有小胜。
当札兰丁在哥疾宁城重整旗鼓时，成吉思汗还在阿富汗山区进攻城塞。1221 年初秋，在进攻兴都库什山南面的巴米安城的战斗中，他心爱的孙子、察合台之子篾忒干被该城守军射死。成吉思汗怒气冲天，光着头，身先士卒，攀登云梯，率兵杀入城中。他下令杀死所有的人，连孕妇腹中的胎儿也不能放过；摧毁所有的东西，把该城变成死亡之城。他要为孙子报仇。
察合台和窝阔台在攻克玉龙杰赤后前来与成吉思汗会师。他听到儿子被射死的消息时，强忍住泪水，待众人离去，才跑出营帐，躲在暗处痛哭了一场。
现在，除哲别和速不台部在钦察征战、术赤部在玉龙杰赤以北的草原上扫荡外，蒙军主力部队又会师一处，成吉思汗与察合台、窝阔台和拖雷�