公元一二一八年秋，除了在东方对金国作战的部队和留守蒙古本土的部队，成吉思汗出动几乎是倾国之师二十万兵马远征花剌子模。花剌子模最初建都玉龙杰赤，后迁都撒马尔罕，拥兵四十万，这是一场东西两大强国的对决。
成吉思汗的二十万大军仅是花剌子模军队人数的一半，但是在他西征的途中，沿途属国不断派兵助战，所以到了第二年秋天，他的军队人数已经达到了六十万。
1220年5月，各路蒙古军队在撒马尔罕城下会师，只用了一两个月的时间就攻破了花剌子模，这远比想象中要快得多。当时花剌子模的国王阿剌丁·穆罕默德并不在撒马尔罕城中，他看情况不妙早已提前逃跑。蒙古军队在后面紧紧追赶。国王阿剌丁·穆罕默德开始北上逃到阿姆河流域，然后又向西逃到呼罗珊，然后又南逃到报答城，报答城也就是今天伊拉克的巴格达，最后国王逃到里海的一个小岛上，在忧病交加，悲愤而死。阿剌丁·穆罕默德在正史中被称作摩诃末。摩诃末其实并不是一个孬种，因为花剌子模之所以能够扩张得这么大，都是他的征伐和经营所致，可惜他遇到了成吉思汗。他自己最后在那个小岛上曾经感叹说，我一生中灭了那么多的国家，现在连一个容身之处都没有。1220年12月，成吉思汗知道摩诃末已死，开始撤军。摩诃末的儿子叫做扎兰丁，这也是一个非常能干的人。他继承了王位，偷偷潜回到玉龙杰赤，这个地方是花剌子模最开始建都的地方。成吉思汗听说后，又派人去攻打玉龙杰赤。扎兰丁打仗很厉害，成吉思汗的先锋叫忽都虎，一度被扎兰丁打败。这场战争前前后后大约打了七个月，当玉龙杰赤被攻克的时候，扎兰丁也不在城中，因为之前发生了一场内部的变乱，扎兰丁逃出了城。他向南跑到哥疾宁城，蒙古大军在后面紧紧追赶。
