很多年以后，花剌子模国早已经处在蒙古人的统治下，侥幸逃脱的帖木儿灭里十分思念故土，便返回了家乡。就在他当年守卫的忽毡城，他遇见了自己的儿子，问自己的儿子说：“如果你遇到你的父亲，你还认得他吗?”儿子说：“父亲逃走时，我还只是个吃奶的孩子，当然不认得了。但这里有个奴隶认识他。”于是把那个奴隶找来，奴隶一眼认出了帖木儿灭里，从此，英雄帖木儿灭里还活着的消息传遍四方。
但帖木儿灭里最后还是不幸被窝阔台之子合丹捕获，合丹问起过去的事情，帖木儿灭里骄傲地回答说：“大海和山岳都看见了我如何跟蒙古的英雄们交锋。星星可以证明，因为我的英勇，世界都拜倒在我的脚下。”合丹勃然大怒，一箭射死了帖木儿灭里，但其英勇抗击蒙古军的事迹却广为流传。
成吉思汗和皇四子拖雷则率主力军直逼不花剌。不花剌是中亚最重要的城市，是当时的文明和宗教中心。在蒙古军的强大攻势下，这座城市最终陷落，且被夷为平地。曾有一个不花剌人逃出，有人向他打听不花剌的战况，他惊魂未定地道：“他们到来，他们破坏，他们焚烧，他们杀戮，他们抢劫，然后他们离去。”因为形象生动地描述了蒙古人残暴杀掠的过程，一时广为流传，成为名句。
之后，蒙古军开始进攻新都撒麻耳干。苏丹摩诃末见蒙古大军节节逼近，竟然不组织有效的抵抗，主动放弃首都，放弃天险，率众逃跑。
蒙古大军进入撒麻耳干后，摧毁了城市的生命线——水利系统，这座名城由此陷入瘫痪，后遭废弃。
逃离撒麻耳干的苏丹摩诃末并没有就此脱离险境。根据成吉思汗的命令：“要像猎犬一样咬住自己的猎物不放，即使其躲入山林、海岛，也要像疾风闪电般追上去。”蒙古名将者别、速不台率军追击摩诃末。摩诃末一路逃亡，一直逃到宽田吉思海中的一座小岛上，不久听说幼子被成吉思汗杀死，嫔妃也被蒙古人霸占凌辱，又惊又气，很快生了重病。号称“世界征服者”的一代苏丹，最终悲惨地死在这里。
进攻旧都玉龙杰赤的蒙古军遭到了一定挫折，由于术赤与察合台意见不合，玉龙杰赤久攻不下。成吉思汗命令窝阔台为前线指挥，最后才攻下玉龙杰赤城。驻守旧都玉龙杰赤的秃儿罕太后先是逃入山林，后来也被迫投降了蒙古。