摩诃末如此做，激怒了成吉思汗，他派遣先锋哲别率领一支军队，消灭了盘踞西辽的屈出律，扫除了进兵路上的障碍。
公元1219年，成吉思汗率领十多万军队，向花剌子模发起进攻。当时花剌予模拥有约40万军队。但其组织庞杂，力练不足，士气低落。在强大的蒙军攻击下，花剌子模的国王最后逃到黑海的一个小岛上不久就病死了。他的儿子札兰丁继续和蒙军抵抗，他屯兵于八鲁湾（今阿富汗喀布尔北）。成吉思汗派兵围剿。最后，在中河（今印度河）边大败札兰丁，札兰丁逃入印度境内。
成吉思汗又分遣蒙古军去镇压各城的起义，哥疾宁、也里、巴里黑等城又一次遭到蹂躏。哲别和速不台在摩诃末逃入里海后，继续率军抄掠波斯各地。公元1221年初，蒙古军入掠谷儿只（今格鲁吉亚），败其守军，旋即回兵，再至桃里寺（今伊朗东阿塞拜疆省大不里土），接受城中贵人员纳，遂往攻蔑剌哈（今伊朗东阿塞拜疆省马腊格）。蔑剌哈城民进行了抵抗，城破后遭到残酷屠杀。接着又南下攻克哈马丹，杀掠之后纵火焚城。此后挥师北攻拜勒寒城，城民杀死蒙古派来议和的使者，蒙古军猛攻，陷城后将居民屠杀殆尽。
从1219年到1222年的两年，成吉思汗率领蒙古铁骑，在中亚、波斯的广大地区到处驰骋，给花剌子模以毁灭性的打击。他这次出征的目的是要报仇，所以，所到之处，一路烧杀，无所不为，亲眼目睹了这样惨状的丘处机，曾写诗日“十年兵火万民愁，千万中无一二留”。
成吉思汗的西征，给中亚广大人民造成了极其严重的灾难。
在西征途中，成吉思汗为求长生不老之药，派人到山东莱州请全真教宗师丘处机。丘处机经过一年多的艰苦跋涉，终于在公元1222年春到达成吉思汗行营。成吉思汗见面就问：“真人从远方来，有什么能使我长生的药吗？”丘处机指出：“长生之道，清心寡欲；一统天下，不嗜杀人；为治之方，敬天爱民。”成吉思汗派人翻译并做了记录。
在这期间，成吉思汗为加强所征服地区的统治，将也儿的石河以西，今咸海、里海之北，分封给术赤；将畏兀儿与河中之间，原西辽故地，分封给察合台；将从叶迷立（今新疆额敏）以北，包括今喀拉额齐斯河和阿勒泰山一部分的原乃蛮部地，分封给窝阔台。这三个封国即是后来的钦察汗国、察合台汗国和窝阔台汗国。术赤、察合台、窝阔台与先前分封的成吉思汗兄弟合撒儿、合赤温、斡赤斤、别里古台等“东道诸王”相对，被称为“西道诸王”。这种分封制度，为后来因争夺汗位而产生的斗争埋下了萌芽，也导致了大蒙古帝国最终的分裂瓦解。但是，这种分封制对促进各地的封建化与经济文化的恢复发展，又是有积极作用的。
公元1225年春，成吉思汗回到蒙古，持续7年的远征结束。成吉思汗的西征，打开了东西方交通的道路。
从这时候起，中国各族人不断进入中亚、波斯等地，中亚、波斯、钦察、阿拉伯以至欧洲的人们，也不断来到中国。
这样，东方人和西方人在蒙军铁骑的后面相互沟通了联系。
公元1226年，成吉思汗以西夏接纳仇人亦剌合·桑昆、不迭质子和拒绝征调为借口，再次征伐西夏。
由于成吉思汗在射猎时再次落马负伤，蒙古军被迫驻营休息。年迈的成吉思汗继续攻打西夏。先后攻占西凉府、河曲、取应里等地。这时，夏献宗李德旺忧惧而死，其侄南平王即位。随后，成吉思汗率大军进攻灵州，全歼西夏援军，西夏士兵的尸体堆积如山。鉴于西夏军主力被歼，已无法组织有效的抵抗，成吉思汗派察罕入城招降，并留一部分军队继续攻打中兴。成吉思汗于公元1227年初率军南下玫金。
公元1227年夏，成吉思汗一病不起。在安排完军国大事后，这个一代天骄带着他丰富多姿的功绩闭上了眼睛，终年66岁。
成吉思汗病逝时，蒙古军还没有取得战争的最后胜利，为了稳定军心，灭掉西夏，成吉思汗在病危时曾留下遗嘱，死后秘不发丧，葬后不留陵墓。根据成吉思汗的遗嘱，他的尸体被送回蒙古故土，埋葬在斡难、怯绿连、土拉三河发源的圣山——不儿罕山的起辇谷。陵墓向北深埋，以万马踏平。后人在鄂尔多斯（伊克昭盟）修建了“八间白室”，人称成吉思汗陵。
太宗窝阔台
（公元1186年～公元1241年）
在位时间：公元1229年～公元1241年
曾用年号：无
谥号：英文皇帝
庙号：太宗
安葬地：起辇谷
公元1186年，成吉思汗第三于窝阔台出生。
公元1229年，成吉思汗病死，窝阔台被推举为蒙古大汗，是为元太宗。
公元1231年，蒙古军攻入高丽，高丽王投降。
公元1234年，蒙古灭金。
公元1235年，蒙古开始西征。
公元1235年，窝阔台下令括编中原户口，并制定赋役制度。
公元1242年，窝阔台中风而死。
“将门出虎子”，作为成吉思汗的儿子，窝阔台没有理由不会骑马射箭，并且跟随父亲四处征战，成为一位骁勇善战的虎将。
但在窝阔台四个同母兄弟中，窝阔台在功劳方面不让其他三个兄弟，而且还忠厚宽仁、举事稳健，看起来更像是一个足智多谋的政治家，成吉思汗为粗具规模的蒙古帝国着想，克制了自己对幼子的宠爱之情，量才用人，打破蒙古的旧传统，擢升窝阔台为继承人。
窝阔台被确立为继承人之后，随同父亲踏上了讨伐花剌子模国的征程。窝阔台后来受成吉思汗的委派，成为最高指挥官，统一指挥对花剌子模国的战争，窝阔台在调和了兄弟的关系，严整军纪后，立即向被包围数月的花剌子模国首都玉龙杰赤发起总攻，逼迫守城将士出降。窝阔台下令将居民全部赶出城外，将10万工匠遣送东方，除年轻妇女和儿童掳为奴婢外，其余男丁全部屠杀，之后又决阿母河堤，放水灌城，将藏在城中的人全部淹死，整个玉龙杰赤城内外尸横累累，白骨成堆。
玉龙杰赤战后，窝阔台和察合台率部与成吉思汗会合，一起进军哥疾宁。公元1225年春，窝阔台随父亲回到蒙古故土，结束了持续7年的历史性远征。
公元1227年，成吉思汗在亲率大军逼迫西夏国主求降后，率军向金进攻，但在途中因积劳成疾，在六盘山的营帐里离开了人世。
成吉思汗死后，窝阔台并不能按照封建制度立即登基，因为蒙古的库里勒台制（部落议事会制度）仍起作用，要等库里勒台的最后决定，窝阔台才能继承大统，使得王位空缺了两年，期间由拖雷监摄国政。
公元1229年秋，窝阔台在二哥察合台的全力支持下，排除了反对成吉思汗的遗命、立幼子拖雷的主张，终于登上汗位。
窝阔台即位后，重用辽国宗室子弟耶律楚材等人，进一步健全了蒙古的法律制度和政治制度。耶律楚材是凭借高明的星相占卜之术博得了成吉思汗的信任和重视，从而逐渐进入了蒙古的统治核心。
公元1230年，窝阔合同意耶律楚材关于在中原地区维持原来的农业、手工业生产，征收地税、商税以及酒醋盐铁等税的建议，并让他试行。耶律楚材在受到蒙古贵族和汉人王侯的反对下，坚持施行赋税制度，一年后，耶律楚材将征收到的银、币和米谷簿籍陈放在窝阔台面前，窝阔台见50万两银子，八万匹绢，40万石粟整整齐齐地摆在大堂里，立即将中书省印授给耶律楚材，让他负责黄河以北的政事。之后，耶律楚材根据草原地区和黄河以北的农耕地区的情况，分别实行相应的赋税制度，为后来蒙古出兵南征奠定了坚实的财政基础。
在耶律楚材的劝谏下，窝阔台逐渐改变了蒙古军队野蛮地屠杀行动，公元1233年初，蒙古军队费尽九牛二虎之力，才攻陷军民拼死抵抗的汴京，蒙古军队要按惯例屠城，经耶律楚材再三劝说，窝阔台决定只向金皇族问罪，禁止蒙古军队屠杀百姓。
公元1235年，窝阔台采纳了耶律楚材的建议，在括编中原户口时，按中原传统，以户为户，按户定赋，并保留中原的郡县制度。在括户的基础上，窝阔台又让耶律楚材主持制订了轻徭薄赋的中原赋役制度。
窝阔台还在耶律楚材的建议下，学习中原汉儒家文化。公元1232年攻汴京时，孔子51代孙孔元措得到耶律楚材的保护，后来被窝阔台封为衍圣公。窝阔台还采纳耶律楚材的主张，兴办国学，考试儒生，得4030人，其中四分之一的人原已沦为奴隶，中试后才摆脱了被奴役的地位。
公元1235年，窝阔台开始营建哈剌和林城，并于次年在哈剌和林（今额尔德尼召南）建成中国传统庭院式的宫殿万安宫，大汗的宝座在大殿的北部面南。随后的两年里，葛阔台又先后修建了伽坚茶寒殿和图苏胡迎驾殿。从此，位处斡儿罕河上游哈剌和林河东岸（今额尔德尼召南）的哈剌和林域成为大蒙古国的都城，也是当时的一个国际性城市。
经过一番改革，蒙古国力大增，窝阔台也有了更多的人力物力和财力投入到统一战争中来。
公元1229年，窝阔台按成吉思汗的规划，开始发动了灭金战争，并与南宋联合，于公元1234年攻破金，临时都城蔡州，金哀宗自缢而死，金亡。窝阔台在灭金后，采取措施，以加强蒙古对中原地区的统治。公元1231年，蒙古军攻入高丽，高丽王降。公兄1233年春，蒙古军讨伐万奴，半年后攻占其都城南京（今吉林延吉市东城子山），完全占领辽东。灭金之后，蒙古军队北还休整，随后于公元1235年开始攻宋，但窝阔台时期的侵宋战争，并非是以统一为目的，而是为了掠夺财物，使荆襄、四川、两淮的许多地方遭到蹂躏。
公元1235年，窝阔台命术赤长子拔都总制其他渚王，率15万军队征讨钦察、斡罗思等未服诸国。公元1236年春，蒙古大军正式出发，沿途烧杀抢掠，无恶不作，每攻下一座城池，都要进行屠城。率先将亦的勒河下游的钦察部收降，随后于公元1237年秋开始征伐斡罗思，首先征服莫尔多瓦。次年初，蒙古军分兵四路，一个月内连破科罗木纳、莫斯科、罗思托夫等十余城，然后蒙古军胁迫被俘的斡罗思人参加攻打公国首府弗拉基米尔城，五天之后攻破，并大肆抢掠弗拉基米尔、斯摩棱斯克、契尔尼果夫等地，继续向西攻打钦察草原西部地区，逼迫钦察余部迁往马扎儿（今匈牙利）。
公元1239年，窝阔台遣兵再次攻打斡罗思，拔都亲率大军围攻斡罗思国都乞瓦，入城后，蒙古军奸淫掳掠，无恶不作。随后又攻入伽里赤国，破其都城弗拉基米尔沃沦和境内其他城市。
公元1241年，蒙古军兵分两路，分别侵入孛烈儿（波兰）和马扎儿（今匈牙利）。拔都率军攻克佩斯城，又对该城进行屠城。直到第二年窝阔台死讯传来，拔都才率军东还。
窝阔台虽然仁爱和善，乐善好施，经常慷慨大方地赏赐群官，还曾囚见三个罪犯的母亲号哭而赦免了这三人的死罪。但窝阔台性格中更多的是残忍、苛暴。公元1237年夏，斡亦剌部落中谣传：窝阔台下令要将该部的少女全抓去嫁人，吓得这个部落的父母急忙把自己的闺女嫁人，窝阔台知道后大怒，下令把这个部落7岁以上的少女，包括已许配都给抓到一个广场里，然后命令兵士当众糟踏她们，并逼着她们的亲属在旁边观看，还不准埋怨和哭泣。在蒙古宫廷斗争中，窝阔台更是残酷、阴毒，他因嫉恨拥有重兵和卓越军事才能的四弟拖雷，用计将他毒死。
窝阔台能西征欧洲东部，南灭金朝，征南宋，建立伟大的功勋，凭借的是蒙古强大的军事实力，他虽继承了父亲成吉思汗的雄心，但也有着贪图享乐的性格。灭金之后，他就不再受亲征之苦，而是指派朝中的大将率师征伐。以后便嗜酒如命，亲近美色，耽于射猎，朝政几乎荒废。
公元1242年冬，窝阔台出猎，在行帐中畅饮美酒，直喝得酩酊大醉方才休息。第二天，左右发现窝阔台已经中风，不久死去，时年56岁。
定宗贵由
（公元1206年～公元1248年）
在位时间：公元1246年～公元1248年
曾用年号：无
谥号：简平皇帝
庙号：定宗
安葬地：叶密力
公元1240年，身染重病的窝阔台下诏，命征讨钦察、俄罗斯等未服诸国的术赤的次子拔都和窝阔台的长子贵由班师返回蒙古本土。公元1241年，窝阔台病死，而贵由尚在途中，贵由的生母，皇后脱列哥那临朝摄政。
成吉思汗的幼弟斡赤斤见位虚悬，趁机率兵欲夺汗位，结果遭到脱列哥那的责难，不得不引兵返回。
按照蒙古习俗，汗位的继承人要经过忽勒台（诸王大会）选举，本来诸王的汗位继承人是拔都，但拔都拒不赴会，故皇位迟迟无法确定，直到5年后，拔都才派弟弟别儿哥代替他出席忽勒台。因此，贵由在脱列哥那力争下，成为蒙古第三任大汗。脱列哥那在摄政的5年中，擅弄权术，对推行“汉法”的耶律楚材及蒙古大臣极力排挤。因此，贵由即位之初，所面临的是蒙古内部局势动荡，宗王们各自为政，中央权力开始削弱，政事愈坏，民不聊生的局面。
贵由即位不久，脱列哥那病死。摆脱了母亲的束缚后，他开始整理朝政。首先就是将欲谋汗位的斡赤斤处死，接着就把母亲宠信的奥都剌合蛮借故斩杀、女巫法提玛沉尸水中。然后陆续起用被母亲罢免的官员。