者別利用穆斯林的不滿情緒，宣布“人人均可信仰自己的宗教，遵守自己的教規”。蒙古軍隊在穆斯林地區除了屈出律之外，什麼東西都不要，因而穆斯林將他們視為解放者，他們紛紛殺死住進居民家中的西遼士兵，配合者別的軍隊。
屈出律在可失哈耳（又作喀什喀爾，今新疆喀什）聽到蒙古軍到來的消息，不待交鋒便匆匆逃走。蒙古軍跟蹤追至巴達哈傷山中，在當地獵人的幫助、配合下，俘獲並處死了他。
與此同時，速不台的軍隊尾追蔑兒乞殘眾至欽察草原，在鹹海北消滅了他們。摩訶末得知蒙古軍隊進入欽察草原的消息後，也發兵自氈的（今哈薩克斯坦克齊爾·奧爾達東南，錫爾河北岸）北進，與蒙古軍相遇，蒙古軍避而不戰。
他們說：“成吉思汗沒有讓我們同花剌子模王交戰，我們是為了別的事來的。”
但花剌子模軍隊並沒有因此停止進攻，於是蒙古軍被迫應戰，並打敗了花剌子模軍，摩訶末在其子劄蘭丁的援救下才脫離了險境。東西兩強業已交兵，且中間已經沒有了任何緩衝地帶。當速不台報告了與花剌子模軍隊交戰的情況後，成吉思汗便開始部署西征。
他以幼弟斡惕赤斤留守蒙古地區，將與金朝作戰的任務交給了左手萬戶木華黎。率領諸子、諸那顏，調動了大部分蒙古軍隊和西夏的河西軍、新近自金歸降的漢軍、契丹軍等，大約二十萬兵力，於1219年開始了對花剌子模的“討伐”， 這就是成吉思汗的西征，也是蒙古軍隊的首次西征。
太祖十四年（1219）夏，成吉思汗駐紮於也兒的石河。六月，大軍祭旗出師，途經海押立時，哈剌魯阿爾思蘭汗和畏兀兒高昌王亦都護也率師加入，前往助戰。大軍的第一個進攻目標就是訛答剌。當蒙古西征軍將訛答剌城團團包圍後，成吉思汗開始調兵遣將：他派長子術赤率數萬兵將沿忽章河（錫爾河）進兵氈的；留察合台、窩闊台攻取訛答剌；命阿剌黑那顏率軍南下攻取別納客忒（今烏茲別克共和國塔什幹南，錫爾河北岸）、忽氈（今烏茲別克共和國列寧納巴德）；自己與幼子拖雷率主力渡錫爾河，穿越沙漠，直趨不花剌。
訛答剌城守將亦難赤作了充分的迎戰準備，進行了頑強的抵抗。在蒙古軍猛烈進攻下，堅守了五個月，外城終被攻破。亦難赤知道自己不會被寬宥，不肯投降。又率殘眾退守內城，一個月後，終因寡不敵眾，守軍全部戰死。因為成吉思汗命令必須生擒亦難赤，故使他得以戰鬥到最後被俘。由於城中軍民的頑強抵抗，蒙古軍也有很大傷亡，城破後，蒙古軍大肆殺掠，將城夷為平地，而將刀下餘生的庶民和工匠收入軍中服役。亦難赤被送到成吉思汗軍前，處以死刑。
術赤軍在向氈的進軍時，首先占領了昔格納黑（又譯作速格納黑、速黑納黑，今哈薩克斯坦契伊利東南，錫爾河北岸）。進攻昔格納黑前，蒙古軍先派出了一名前此來歸的穆斯林哈散哈隻（忽辛·哈隻）為使者，要求居民歸降。然而居民不肯投降，並殺死了勸降使者。於是蒙古軍從早至晚輪番作戰，經七晝夜的猛攻，占領了該城。為給哈散哈隻複仇，蒙古軍對昔格納黑也進行了屠殺和掠奪，並命哈散哈隻的兒子管理該城。
蒙古軍自昔格納黑出發，向訛跡邗和巴耳赤邗（又作八兒真，在昔格納黑西北）進軍，由於當地居民沒有組織抵抗，因而也沒有遭到屠城的厄運。然後，他們繼續向氈的方向進軍，攻占了氈的南部城鎮額失納思（也譯作阿失納思，在錫爾河左岸）。錫爾河沿岸城鎮相繼失守的消息傳到氈的，當地守軍及其將領棄城逃往花剌子模，居民雖曾自動組織抵抗，但因缺乏作戰經驗，該城很快又被攻陷。蒙古軍將居民驅趕到城外，掠奪了城中財物，處死了組織抵抗的人，任命早年歸附的穆斯林阿裏火者治理該城。接著，他們又遣將西進，攻取養吉幹（今哈薩克斯坦諾沃卡劄林斯克南，錫爾河左岸，鹹海東）。至此，錫爾河下遊諸城盡被蒙古軍占領。術赤駐營錫爾河以北的哈剌忽木。
阿剌黑那顏率軍圍攻別納克忒三晝夜，守軍乞降。劫後餘生的居民除工匠外，都被編入軍籍。之後，蒙古軍向忽氈進發，忽氈守將帖木爾滅裏在河中島上修築堅固的城堡，率領精銳固守在島上，不斷襲擊蒙古軍。成吉思汗不斷從訛答剌、不花剌、撒麻爾幹（撒馬爾罕）等地派兵增援，在蒙古軍隊的強大攻勢威逼下，帖木爾滅裏乘船向錫爾河下遊撤退。得知蒙古軍已經組織兵力阻截後，他舍舟登陸，邊戰邊退，部眾損失殆盡，他隻身逃往玉龍傑赤，會見算端。蒙古軍攻下忽氈，進而占領費爾幹那地區。