沒有多久，劄木合的弟弟由於搶掠鐵木真的馬群被蒙古部人殺了，劄木合以此為借口，糾集他所屬的13部共3萬人向鐵木真發起進攻。鐵木真也把自己的3萬士兵分成13翼迎戰劄木合。
雙方在克魯倫河畔的答蘭巴勒主惕展開了一場大戰。這就是蒙古族曆史上著名的“十三翼之戰”。鐵木真在這場戰役中失敗了。
1201年，鐵木真和王罕聯合，擊敗了劄木合部。第二年，鐵木真又全殲了殘餘的塔塔爾人，此外，弘吉拉等部又前來歸順。這樣，蒙古草原東部的各部都已統一歸並於鐵木真的麾下。
鐵木真的勢力不斷擴大，使王罕脫斡裏勒感到威脅，王罕和鐵木真的關係開始惡化。王罕糾結劄木合聯合向鐵木真發動突然襲擊。鐵木真失利，他退到班朱泥河沼澤地停了下來。後來，鐵木真派兵暗暗包圍了王罕的駐地，然後突然發起進攻。經過三天三夜激戰，占領了王罕的金帳，完全消滅了克烈部，王罕逃到鄂爾渾河畔，後被乃蠻人殺死。
強大的克烈部被消滅以後，蒙古草原上唯一還有力量與鐵木真抗衡的，是西邊的乃蠻部。1204年夏天，鐵木真滅掉了乃蠻部，蒙古草原上再也沒有可與他爭鋒較量敵手，鐵木真威名震動了蒙古草原。後來，蔑兒乞人的首領逃走了；汪古部主動前來歸附；劄木合也被他的部下綁了送交鐵木真，最後被鐵木真處死。
這樣，鐵木真完成了統一蒙古的大業。
1206年，全蒙古的貴族和功臣們在鄂嫩河畔舉行忽裏勒台，也就是大聚會，大家一致推舉鐵木真為全蒙古的大汗，並且上尊號為“成吉思汗”。成吉思汗，是蒙古語“強大”的意思。
這一年，鐵木真44歲。
成吉思汗成為蒙古的大汗，標誌著蒙古族的曆史進入了一個新階段。在東起呼倫貝爾草原，西至阿爾泰山的遼闊地域內，操著不同語言和具有不同文化水平的各個部落，逐步形成了勤勞勇敢的蒙古民族。
成吉思汗統一蒙古以後，建立了第一個蒙古國政權。他在軍隊建設、軍事行動，以及文化和文法方麵，采取了強有力的措施。
成吉思汗對於軍隊建設，可謂不遺餘力。他在原“千戶軍”基礎上整編蒙古軍，把全體蒙古牧民編為10戶、100戶、1000戶和1萬戶，任命大大小小奴隸主為“十戶長”、“百戶長”、“千戶長”和“萬戶長”。
成吉思汗還擴充了一支由他親自指揮的1萬人的護衛軍，這支軍隊從人員的挑選、武器的配備到戰術的訓練等各方麵都是非常嚴格的。
成吉思汗在1205年至1209年間3次洗劫西夏，迫使對方請和，並答應每年向蒙古納貢。
1219年秋，成吉思汗親自率領20萬軍隊進攻花剌子模。在後來的1235年和1252年，成吉思汗的子孫又發動了第二次和第三次西征，橫跨歐亞，建立了“大蒙帝國”。
成吉思汗還頒布了文法。在蒙古社會中，大汗、合罕是最高統治者，享有至高無上的權威，大汗的言論、命令就是法律，成吉思汗頒布的“大劄撒”記錄的就是成吉思汗的命令。成吉思汗的“訓言”，也被稱為“大法令”。
1206年成吉思汗建國時，命令失吉忽禿忽著手製訂青冊，這是蒙古族正式頒布成文法的開端。
1227年年8月25日，成吉思汗在遠征西夏的途中，在清水縣西江去世，終年66歲。
成吉思汗死後實行了“密葬”，所以真正的成吉思汗陵究竟在何處始終是個謎。坐落在鄂爾多斯市伊金霍洛旗甘德利草原上的成吉思汗陵是一座衣冠塚。