Чингис-хан собрал огромную армию, оцениваемую мусульманскими источниками в 600-700 тыс. всадников, хотя В. Бартольд сокращает это число до 150-220 тыс., и напал, несомненно, в сентябре 1219 г., на Отрар, город на Сырдарье, где ранее произошло преступление. Ала ад-дин располагал превосходящими силами, но они были распылены, прикрывая всю Согдиану. Он не мог ничего сделать; может быть, он не хотел ничего делать. Отрар держался. Чингис-хан оставил под его стенами двух сыновей, Чагатая и Угедея, отправил вверх и вниз по течению реки отряды, которые достигли Хорезма и осадили Гургандж, а сам пошёл на Бухару и Самарканд, взяв их в феврале и марте 1220 г. Ала ад-дин, почти ничего не предпринявший с начала нападения, впал в панику и бежал на запад. Чингис-хан отправил в погоню за ним корпус в двадцать тысяч бойцов под командованием Джебе и Субэдея. Этот эскадрон немногим менее чем за сорок месяцев совершил самый фантастический рейд из каких-либо известных, пройдя около двадцати тысяч километров по неведомым и враждебным местностям, потеснив и победив великие и доблестные народы: сначала иранцев, грузин, находившихся тогда на вершине могущества, тюрков-кипчаков, занимавших великую причерноморскую степь, русских, волжских булгар. Оба полководца шли по следам хорезмшаха, когда узнали, что он умер от изнурения и отчаяния на островке в Каспийском море. Они не взяли его в плен, и преследование потеряло смысл. Они оказались на западных границах Ирана, у подножия Кавказа. Им надо было возвращаться. Они решили перейти через горы, обогнуть Каспийское море с севера и присоединиться к основным силам чингисхановского войска в Средней Азии. Из всех побед, какие они одержали по пути, самой значительной была победа на реке Калке 31 мая 1222 г., где были разгромлены русские. Хотя прямых последствий она не повлекла, в памяти побеждённых она осталась как предвестие
Пока шла эта безумная погоня, Чингис-хан постарался обеспечить свой контроль над Хорасаном, узловым пунктом его коммуникаций, и подавить сопротивление сына покойного суверена, Джелал ад-дина — паладина, удержавшего Афганистан, реорганизовавшего там свою армию и зимой 1221 г. даже победившего монгольский отряд при Парване. Первая из этих задач была возложена на младшего сына хана — Тулуя, и тот взял, в числе прочих городов, Мерв, Нишапур и Герат. Сам же Чингис-хан форсировал Окс, взял Бактры, перевалил через Гиндукуш и настиг хорезмшаха на Инде. Он победил последнего в ноябре 1221 г., вынудив пересечь реку и укрыться в Индии. У него хватило мудрости не преследовать его и принять решение возвращаться в Монголию. Осенью 1222 г. он был в Бухаре, перезимовал в Самарканде и в 1225 г. прибыл в Монголию. Вскоре, в 1227 г., он умер во время карательного похода против тангутов Ганьсу, не выполнявших взятых на себя союзных обязательств.