После этого армия Чингисхана подошла к Самарканду, гарнизон которого состоял из 110 тысяч воинов. Дождавшись подхода войск Чагатая и Угэдея, Чингисхан ложным бегством выманил из города большую часть гарнизона, окружил ее и уничтожил. 17 марта 1220 года Самарканд сдался. Оставленный жителями Самарканд был разграблен. Несколько сотен решившихся сражаться до конца были перебиты, а часть города сгорела. 30 тысяч наемников-тюрок были казнены. 50 тысяч горожан были освобождены за выкуп в 200 тысяч динаров. Кто не мог заплатить, были навербованы монголами в качестве подсобной рабсилы, а умелые мастера отправлены в Монголию.
Затем монгольское войско двинулось на столицу Хорезма – Гургандж. Шесть месяцев войска Джучи, Чагатая и Угэдея осаждали и штурмовали Гургандж. Бои шли за каждую улицу и за каждый дом. В конце концов, все население и гарнизон города были уничтожены, а город сожжен и разрушен. Тем временем хорезмшах Мухаммад II бежал в Хорасан. В погоню за ним Чингисхан послал два тумена под командованием Субудай-багатура и Джэбэ-нойона. Мухаммад II бросил без боя Нишапур и ряд других городов и сбежал к побережью Каспийского моря. Монголы гонятся за ним и по пути овладевают городами: Тус, Дамган, Семнан и Амоль. Хорезмшах Мухаммад II переправляется на остров Ашур-Ада и здесь в декабре 1220 года умирает. Своим наследником он назначил сына Джалал ад-дина Мингбурну. Но другие сыновья Мухаммада II и многие военачальники не признавали его.
Тем временем армия Чингисхана подходит к Термезу. Так как город отказывается сдаться, следует одиннадцатидневный штурм и после взятия поголовная резня. Город Балх сдался Чингисхану, но из-за какого-то инцидента, горожане, по обычаю, были разделены на сотни и тысячи, а затем зарублены мечами. Войска под руководством Токучара, зятя Чингисхана, после двухнедельной осады, взяли город Наса в Хорасане и перебили 70 тысяч жителей. Затем Токучар двинулся на Нишапур. Но во время приступа Токучар был смертельно ранен стрелой и монголы временно отступили.
Несколько месяцев спустя в феврале 1221 года сын Чингисхана Тулуй во главе 70 тысяч всадников подступил к Мерву. После начала штурма осажденные предприняли две вылазки, но оба раза неудачно. Тогда, уже в марте, правитель города объявил о капитуляции Мерва, получив обещания пощады. Но после сдачи города Тулуй передумал. В течение четырех суток все жители должны были покинуть город. Из них выбрали 400 ремесленников и некоторое количество детей для обращения в рабство. Остальные были казнены: каждый воин, принимавший участие в осаде, должен был зарубить десятки человек. Ибн ал-Асир пишет о 700 тысячах убитых, а Джувейни сообщает об 1,3 миллиона жертв. Конечно, проверить эти цифры невозможно, но ясно, что резня была тотальной.
От Мерва Тулуй направился к Нишапуру, месту гибели Токучара. Решающий штурм начался 7 апреля 1221 года. Через два дня в стенах были пробиты бреши, и на следующий день город был взят. Здесь опять же все жители были истреблены, а городские строения разрушены до основания. Затем та же участь постигла Герат. Тут называется число погибших от 1,6 до 2,4 миллиона человек.
Корпус Субудая и Джэбэ вторгся в Азербайджан и подступил к Тебризу. Атабек Узбег признал верховную власть монголов, заплатил дань и выдал для расправы отряд хорезмийцев. После этого атабек продолжал пьянствовать, а монголы взяли Марагу и перебили большую часть ее жителей. Затем части Джэбэ и Субудая разбили грузинское войско в битве у реки Куры, разграбили Хамадан и Ардебиль и снова столкнулись с грузинами, собравшими значительные силы. Кавалерия Субудай-багатура, имитируя бегство, отступила в беспорядке. С победными криками грузины бросились в погоню. И попали в засаду, под удар войск Джэбэ. Грузины потерпели сокрушительное поражение. Села были разграблены, но Тбилиси монголы не штурмовали, а направились на Северный Кавказ.
Тем временем на востоке, при штурме Бамиана, был убит стрелой Мутугэн, сын Чагатая. В ответ Чингисхан учинил очередную резню и снес город Бамиан на целых три века. Хорезмшах Джалал ад-дин собрал в Газни 10-тысячное войско, напал на монгольский отряд, осаждавший Кандагар и разбил его. Хорезмийские военачальники, услышав об успехе своего повелителя, стали с отрядами собираться в Газни, и Джалал ад-дина вскоре сопровождали около 200 тысяч воинов. Чингисхан, еще не зная о численности войск хорезмшаха, послал на Газни 45-тысячное войско под командованием Шиги Кутуку-нойона. В двухдневном сражении у Парвана армия Шиги Кутуку была разгромлена. Но при дележе добычи возникли разногласия, после чего афганцы, карлуки и халаджи покинули Джалал ад-дина.