花刺子模地区位于咸海南、阿姆河下游，自古是一个经济繁荣地区。八世纪前期，它被阿拉伯人征服。九世纪后期阿拉伯帝国瓦解后，它又先后臣属于萨曼王朝、伽色尼(哥疾宁)王朝、塞尔柱突厥帝国。十一世纪末，塞尔柱突厥帝国算端(今译素丹)任命了一个奴隶出身的突厥大臣阿努失帖斤(努什特勤)的儿子忽都不丁为花刺子模地区都督，并允许他袭用花刺子模王的称号。忽都不丁的后裔起而反叛塞尔柱帝国，后来攻杀塞尔柱末代算端，取而代之，势力扩展到今天伊朗西部。1200年忽都不丁四世孙马合谋(今译罕穆默德)继承王位后，打败古耳王朝(一译廓尔王朝，辖境在今阿富汗)，迫使它臣服。后来又干脆灭掉该王朝，吞并了它的辖境。马合谋王又大败西辽，夺取了西辽西部辖境，并于1212年攻杀西黑汗王朝末代君奥斯曼(一译斡思蛮)汗，占据撒麻耳干(今苏联撒马尔罕)。于是，地的谋王建立起了一个包括今苏联中亚地区以及伊朗、阿富汗等马合庞大帝国。他甚至妄图征服中国，创建一个前所未有的世界大帝国。但是，未待他实施他的狂妄企图，一个强大的敌人已崛起于东方。不久，浩浩荡荡的蒙古大军已向他开来。
蒙古战车
1215年，成吉思汗大败金朝及进占金京城中都(在今北京市)的消息传到了中亚。马合谋王闻讯后，急于探听蒙古的实力，便派出一个使团来到成吉思汗处。成吉思汗接见了使团，表示愿与花刺子模王和好，并允准双方商人自由通商。
继1216年左右，花刺子模商队来到蒙古通商之后，1218年春，由成吉思汗派出一队450人的庞大回教徒商队，用500头骆驼驮载金银、丝绸、毛皮前往花刺子模国贸易。当到达花刺子模国边境讹答刺城(在今苏联哈萨克共和国境内锡尔河中游东面)时，讹答刺城长官亦纳勒赤黑贪图商队财物，竟诬指商队为间谍，将他们全部扣押，并写信报告花刺子模王马合谋。马合谋王下令将商人全部杀掉，货物没收。只有一个替商队赶骆驼的人逃了回去，把消息传给了成吉思汗。
成吉思汗闻讯，十分愤怒。他先派遣三名使臣到花刺子模交涉，要求交出凶手亦纳勒赤黑。花刺子模王不但拒绝了这个要求，而且下令杀死为首的蒙古使臣，并将其余二名使臣剃去胡须后逐回。
于是，两大强国之间的一场大战势不可免了。
成吉思汗决定亲自出征花刺子模。在出征之前，成吉思汗作了充分的准备。1218年，他先派遣哲别率领一支蒙古军消灭了盘据西辽的乃蛮王屈出律，扫除了进军道路上的障碍。接着，他召集蒙古亲王、大将们召开了“忽里勒台”(最高国事大会)，最后决定留下他的幼弟铁木哥·斡赤千镇守漠北，并委派大将木华黎负责继续攻打金朝，由成吉思汗亲自率领诸子、诸将和大部分蒙古军西征。随同出征的还有金朝、西夏新降附的汉军、契丹军、河西军以及大批工匠，归附蒙古的畏吾儿、哈刺鲁首领也率领军队从征。出征的军队总数约15万人(一说约20万人)。
1219年夏，成吉思汗屯驻于额尔齐斯河。秋天，成吉思汗统率蒙古大军从额尔齐斯河进军花刺子模国。
花刺子模王拥有40万军队，其辖境河中(锡尔、阿姆两河之间地区)、花刺子模、 伊朗等地均为经济富庶地区， 因此他的国家的经济力量也十分雄厚。但是形成不久的庞大花刺子模帝国是不稳固的，国内有不同种族的部落、民族，存在着民族矛盾。统治集团中间也存在着矛盾。庞大帝国的建立主要依靠突厥、康里部族的军事力量。突厥、康里军事贵族们拥有强大军队实力，互相争权夺利。军事贵族们横暴地掠夺、压迫新征服地区的各族人民，引起各地人民的憎恨。在最高统治集团内部也有矛盾。太后秃儿罕出身于康里部，扶植其弟侄担任将帅、高官，形成对花刺子模王马合谋的严重威胁。因此，马合谋对其母后、外戚、突厥、康里将领们全都不信任。统治集团内部的深刻矛盾，庞大帝国内的尖锐民族矛盾，使花刺子模国丧失了团结抗战、一致对外的力量。
1218年杀死蒙古使臣后，马合谋王召集军事会议商讨与蒙古作战的对策。有人主张应集中大军于锡尔河畔，以逸等劳，一举击败蒙古军。但是马合谋王不敢采纳这一良策，他害怕将军队集中起来，一旦战胜蒙古军后，就会有人控制庞大军队将他推翻。他将40万军队分散到各个城堡，分兵把守，企望蒙古军不能攻下主要城堡后，不久自行退走。万一战事十分不利，他准备退守阿姆河以南。
1219年9月，成吉思汗大军抵达讹答刺城下，进行围攻。由于城防坚固，未能攻克。成吉思汗遂将大军分为四支：留下察合台、窝阔台统率一支军队继续围攻讹答刺城;派遣长子术赤统率右路军进攻锡尔河下游毡的等城;派遣阿刺黑等统率左路军沿锡尔河上溯，攻取别纳客忒、忽毡(今苏联列宁阿巴德)等城;自己则偕同幼子拖雷统率主力，横越沙漠西南，趋不花刺(今布哈拉)城。
当时马合谋王亲自统率11万军队驻守在新都撒麻耳干，城防坚固。成吉思汗企图先分兵四路，攻克撒麻耳干东、西、北方面的城堡，从几方面逐渐收拢，然后集合大军合围撒麻耳干，切断马合谋王退往花刺子模地区或呼罗珊(今苏联土库曼共和国南部、伊朗东北部及阿富汗北部)的道路，一举将他擒获。
1220年2月，成吉思汗到达不花剌城下，将该城包围。经过三天围攻后，守城诸将因守军仅两万余人，无心坚守，在夜间率领全军突围。蒙古军受到意外袭击，急忙后撤，但不花剌军并未乘胜反攻，只图逃跑，结果被蒙古军追上，全部歼灭。第二天，不花刺教长等向蒙古军献城迎降。蒙古军洗劫了全城，把它付之一炬。
1220年3月，成吉思汗从不花刺东进，围攻撒麻耳干。蒙古军驱使不花剌全部成年男子从征，让他们担任运输、挖围城堑壕等劳役，并在攻城时将他们布列在最前面，强迫他们冲杀在前。
在此之前，马合谋王听说蒙古军已从各方面逼进撒麻耳干，慌忙带领一部分军队离开撒麻耳干，退到阿姆河南岸。当时撒麻耳干城守军尚有四、五万人。
成吉思汗到达撒麻耳干城下时，得到捷报：术赤已攻克毡的城和锡尔河下游各城。察合台、窝阔台经过五个月的围攻，这时已攻克讹答刺城，他们率领军队与成吉思汗会合，并将降民驱赶来随军攻城。
围城最初两天，成吉思汗亲自沿着城墙四周，实地勘察城墙防护、外围工事以及各城门军力虚实，反复选择适当突破口。战斗从第三天起开始。经过两天战斗，第五天，城内教长、官员们开城投降。蒙古军进城后，立即拆毁城防构筑，将居民驱逐出城，然后在城内进行洗劫。当天晚上，成吉思汗下令屠杀投降的康里军士兵。不久，又下令将居民中的3万名工匠分赐给诸子和亲属，并征发3万壮丁随军作战。其余数万居民则在缴纳巨额赎金后许其回城，他委派了契丹人耶律阿海为达鲁花赤(镇守官)，镇守此城。
成吉思汗占领撒麻耳干后，让其主力部队暂时休养，并派遣哲别、速不台统率3万蒙古军渡过阿姆河去追擒马合谋王。
1220年初，马合谋王将军队屯驻在阿姆河南岸，想守住阿姆河一线。但他和康里将领们的矛盾使他无法组织力量抵御蒙古军，康里诸将不服从他的调谴，并随时想把他搞掉。因此当河中地区各城相继失陷时，他不顾儿子札兰丁的反对，离开阿姆河南岸到东南面哥疾宁(今阿富汗加兹尼)去，想在那里组织军队抵抗蒙古军。但在途中却险遭随从康里将士们的暗算，于是他慌忙改道向西，疾驰到你沙不儿。不久，他得知蒙古军已进入呼罗珊境来追擒他，便又匆匆离开你沙不儿继续向西，逃到可疾云，最后经哈马丹、祃桚荅而逃到了里海的一个小岛上。1220年12月，他在这个小岛上病死。
哲别、速不台奉命统率蒙古军追击马合谋王。1220年5月，他们进抵巴里黑(在今阿富汗马扎里沙里夫之西)，城民迎降。同年，他们经你沙不儿、徒思、刺夷、祃桚荅而等地，追至里海西岸。他们蹂躏了阿塞拜疆各地后，在里海西岸木干草原驻冬。一部分蒙古军在追入禡桚荅而时，俘获了秃儿罕太后。
马合谋王死后，其子札兰丁嗣位。1221年初，札兰丁与其弟埋葬了父亲后，从里海岛上回到花刺子模京城玉龙杰赤，准备保卫该城。成吉思汗闻马合谋诸子驻守于玉龙杰赤，便派遣术赤及察合台、窝阔台各率所部进入花剌子模地区，围攻玉龙杰赤。这时一部分康里将领不服札兰丁，阴谋将他杀害。札兰丁获知这个情况后，匆忙带着300名随从出奔呼罗珊，到那里去纠集兵力以继续抵抗蒙古。
玉龙杰赤守军顽强地保卫该城。由于术赤与察台合不和，号令不一，蒙古军连攻数月未能攻克该城，伤亡颇大。成吉思汗遂命窝阔台统一指挥全军，集中力量展开总攻。在蒙古军猛烈进攻下，守军终于不能支持。蒙古军登云梯冲入城中。该城虽被攻破，但守军仍奋勇巷战，顽强抵抗，经过七天激战，蒙古军付出巨大代价，才占领全城。蒙古军将居民全部驱赶到城外，除将工匠(共有10万人)遣送蒙古，妇女、儿童掳为奴婢外，其余居民多被杀死。接着在洗劫了城内财物后，蒙古军决阿姆河堤灌城。往昔繁华的花刺子模京城，竟成了水乡泽国。
于此同时，成吉思汗派出拖雷率军攻取呼罗珊各城，追击札兰丁。他自己统率蒙古军攻克巴里黑城，将居民屠杀。继而围攻下巴里黑以西的塔里寒诸山寨后，在塔里寒高原上避暑。
1221年2月，拖雷军7万人(一部分为俘虏队伍)围攻马鲁。守军突围未成，马鲁长官派遣使者到蒙古军营求降，拖雷花言巧语抚慰了他，许以城降不杀。但马鲁长官献城投降后，蒙古军却将守军、居民全部驱赶到城外，除选留工匠400人外，全部杀死。马鲁城被夷为平地。1221年4月，拖雷军经过猛攻，攻下你沙不儿城，将守军及居民屠杀殆尽。不久，又攻下也里城。
同年，札兰丁避开蒙古军的追击，到了哥疾宁，他在那里收集得各地军队共六、七万人。他整顿军队后北上，进屯八鲁湾(在今阿富汗喀布尔之北)，与蒙古军遭遇，获得小胜。不久，成吉思汗派遣失吉忽都忽率领3万蒙古军来战，又被札兰丁打败。这是蒙古军西征以来遇到的最大一次挫败。札兰丁胜利的消息传开后，被蒙古军占领的一些城市纷纷起义。但是，札兰丁未能利用这次胜利扩大战果，麾下的一些将领为争夺战利品发生了内讧，一部分将领率部离去。札兰丁势孤，只得退回哥疾宁。这时，成吉思汗会合拖雷、窝阔台、察合台的部队亲自统率大军追来。札兰丁闻讯，急忙撤离哥疾宁，后退到印度河边。1221年11月，成吉思汗追至印度河，双方在河边展开激战。札兰丁大败，他跃马跳进印度河，泅水而去。后来，他到了伊朗、外高加索等地，继续与蒙古进行斗争，直到1231年死去为止。
1222年春，成吉思汗屯驻在大雪山(今兴都库什山)以南。他派遣八刺等率军2万进入印度追击札兰丁，但因水土不服而退回。他又分遣蒙古军去镇压了各城的起义。他想取道印度、吐蕃班师，但没有成功。入秋以后，他决定循原路返回，遂渡过阿姆河，回到撒麻耳干地区驻冬。
1223年初，成吉思汗东渡锡尔河，驻军于忽兰巴失草原。1224年夏，成吉思汗回到额尔齐斯河驻夏。1225年春，他在第二子察合台、第三子窝阔台、第四子拖雷伴同下回到了蒙古，长子术赤则留在钦察草原上。
同年，五年前被成吉思汗从撒麻耳干派去追击马合谋王的速不台、哲别所部，也回到了蒙古。
这支军队于1220年末追击马合谋王到里海西岸后，1221年继续掳掠外高加索及伊朗等地。1222年，蒙古军越过高加索山北进，侵入黑海、里海北面的钦察各部落驻地。钦察各部落与高加索山北麓的阿兰人联合，蒙古军无力摧垮。哲别、速不台遂派遣使者与钦察人缔结和约，破坏了钦察人与阿兰人的联盟，然后加以各个击破。被蒙古军击败后，钦察的一些部落西逃到南俄罗斯境内，他们以忽滩汗为首，向勇敢的加里奇诸侯姆斯季斯拉夫(《元史》作密赤思老)求援。姆斯季斯拉夫联合南俄罗斯各地诸侯结成反蒙古军的联盟，他们公推基辅诸侯罗曼诺维奇为盟主，决定在俄罗斯境外迎击蒙古军。
俄罗斯诸侯与钦察人的联军尽管队伍庞大，但缺乏统一指挥，诸侯们各行其是，步调不一。1223年5月31日，在今乌克兰境内的迦勒迦河畔，联军与蒙古军展开激战。由于姆斯季斯拉夫在临战前与盟主罗曼诺维奇发生过争吵，当姆斯季斯拉夫为首的俄罗斯军队随在钦察军之后，向蒙古军出击时，罗曼诺维奇竟驻守在山头上，按兵不动，坐观成败。蒙古军猛扑钦察军，钦察军不支后退，冲溃了后面的俄罗斯军队。于是联军大败，六个俄罗斯诸侯阵亡。基辅诸侯罗曼诺维奇被蒙古军围攻了三天后，向蒙古军投降。最后，俄罗斯军全被屠杀。蒙古军队长驱直入南俄罗斯境，并沿第聂伯河进至黑海北岸，攻陷了速荅黑城。
1223年末，蒙古军东归，经过伏尔加河及今哈萨克斯坦草原，于1225年回到蒙古。
西征结束后，成吉思汗在中亚各地设置达鲁花赤，并命回教商人牙刺瓦赤总督中亚一切军政事宜。
