在哲别的军队成功到达指定位置之后，1219年6月，成吉思汗亲率大军从克鲁伦河畔出发，蒙古大军向西越过阿尔泰山，到达也儿的石河畔停了下来，躲避酷暑。
1219年8月，秋高气爽，成吉思汗的大军渡过伊犁河，经海押立向花剌子模挺进。由于花剌子模锡尔河防御主力已被引向拔汗那，再加上穆罕默德下令分兵把守各大城市，所以蒙古军没有受到任何抵抗就到达锡尔河畔的讹答剌城下。
到达讹答剌城后之后，成吉思汗统帅的蒙古大军再次分兵。
察合台、窝阔台率军围攻讹答剌；
术赤率师沿锡尔河而下，征毡的诸城；
塔孩率军征战别纳客忒（在塔什干以西），忽毡（今纳巴德）等城；
成吉思汗与托雷取中路，渡锡尔河，向西南横渡红沙漠直逼不花剌城。
成吉思汗的中路军进行的是一次堪比哲别的伟大行军，他们穿插的距离比任何其他军队行进的路线都要长——需要穿越三千二百公里的沙漠、山川及草原。
中路军在渺无人烟的地点渡过锡尔河，沿着至今仍无人知晓的路线，穿过了克孜勒库姆沙漠。
这个克吉尔库姆沙漠，就是传说中的“红沙漠”，宽500公里，被世人认为是绝对不可能穿越的天然障碍。为了避开这片死亡沙漠，来往中亚的商旅往往要绕道几百公里。不过这正是成吉思汗选择从那个方向进攻的原因，因为再没有比这一路线更能出乎敌人的预料了。
没有人知道这支军队在沙漠里经历了什么？他们在漫天的黄沙中、在死亡的气息里，凭借钢铁一般的意志前行，挑战人类的生存极限，将不可能变成了可能。
这是一支不可战胜的力量！
最后，成吉思汗所率领的军队，不可思议地出现在敌方防线背后的纵深处-----阿姆河下游地区，眼前就是伊斯兰教文化中心不花剌城。
这是一个能置穆罕默德于死地的攻击点。
面对成吉思汗的天阵神兵，不花剌城几乎没有经过像样的抵抗就沦陷了。此时术赤等三路军马已经全部占领了锡尔河两岸的城市，完全切断了花剌子模新都撒马尔罕（今乌兹别克斯坦城市）和旧都玉龙杰赤（今土库曼斯坦城市）之间的交通。
1220年五月，蒙古五路大军（哲别的军队也已经赶到）在撒马尔罕城下会师，合围撒马尔罕。这时身处撒马尔罕的穆罕默德已被四面包围：西方有成吉思汗，北方有察合台、窝阔台，在东方有术赤，南方有哲别。
胜负自此彻底失去了悬念。尽管穆罕默德增修了工程浩大的壁垒，调集了波斯、突厥兵4万，使城内的守军到达了11万人，仍然无法改变失败的命运。
蒙古军队相当狡猾，虽然他们的战斗力很强，却从不蛮干，这一次也不例外，成吉思汗耐心的给西方人上了一堂攻城战术理论课。
他首先下令将来自布哈拉等地的强征人口作为炮灰，扑上去消耗守军火力。等到对方的箭矢和石弹被大量消耗后，真正的士兵这才有条不紊的开始了攻城。
为了扭转被动的局面，撒马尔罕守军决心主动出击，他们聪明的选择了攻城部队最薄弱的一个方向，出动5000名塔吉克步骑兵配合，背靠城墙向蒙古人发起了进攻。
置之死地的塔吉克人迸发出了强大的战斗力，蒙古骑兵抵挡不住，且战且退。塔吉克人自然不愿意放过这个彻底战胜对手的机会，紧紧的咬住蒙古人不放，渐渐远离了城墙。
这个时候，大量的伏兵从四周策马而来，将这支出城的守军团团围住。
这是蒙古人惯用的战术，以佯败诱使对手远离城池，再围而歼之。这一战术在蒙古汗国与金国的战斗中屡试不爽，非常好用。
中了圈套的塔吉克人，毫无悬念地被屠杀殆尽。
塔吉克人的全军覆灭，无疑极大的动摇了城内守军的信心。不过，即便如此，成吉思汗仍然没有打算强攻，而是祭出了攻心战。
成吉思汗的攻心战，是一软一硬的组合拳。
他一边时不时释放一些囚犯进城，让他们宣传自己的宽大仁慈和对俘虏的优待；一边火力全开，用各类石炮和弩箭的往城里招呼。冰火两重天的体验，进一步瓦解了城内守军的抵抗意志。
第3天，一向认为自己与蒙古人同宗的康里人开始大量投降；
到第5天，大部分人已决定放下武器，只有少数人在躲入城中的堡垒继续同蒙古人交战，大局已定。
这个时候，蒙古人开始用强了，他们很快就搞定了负隅顽抗的那一小撮。
接下来，接下来就是蒙古人的保留节目，屠城了。那些提前投降的士兵也没能幸免。
国王默罕默德仓皇西逃，速不台、哲别等人穷追不舍，最后默罕默德病死于里海。
紧接着，蒙军在印度河流域对上了花剌子模太子札兰丁纠集的残余势力，结果没有悬念，野战天下无敌的蒙古骑兵干脆利落的解决掉札兰丁的6、7万大军。
札兰丁率领4000余名残兵纵马入河，游至对岸，逃往印度，花剌子模国就此灭亡。
