接着，成吉思汗率军进攻花剌子模的都城撒马耳干，摩诃末以10万大军守城，并加固城池。成吉思汗发现城池不好攻打，便派军去占领周围的城镇，对撒马耳干形成一个巨大的包围圈。然后，他利用妙计，将以前俘获的战俘全部集中起来，每十人为一队，每队一面战旗，给他们穿上蒙古军队的衣服，来挫伤敌人的士气。花剌子模兵从城墙上望去，到处都是蒙古兵，果然不敢出战。这时候，有一些勇敢的居民主动出城作战，结果都被杀死，城里人人自危，士气低落。不久之后，3万康里兵带着家属、武器向成吉思汗投降。随后，整个城的居民也跟着全部投降了。成吉思汗下令将城里的金银财富洗劫一空，杀死了3万康里兵和大部分撒马耳干居民，然后将剩下的工匠等赏赐给他的儿子、妻子和将领们，以供他们奴役。
撒马耳干陷落以后，摩诃末逃到里海的一个小岛上病死，勇敢的长子札兰丁继承了王位。札兰丁重整旗鼓，进行抵抗，但终究不是成吉思汗的对手，又被打败，走投无路。后来，他骑马从高崖上跃进了汹涌澎湃的申河。
在成吉思汗大败札兰丁的同时，蒙古大将哲别和速不台也攻占了阿哲儿拜占（今阿塞拜疆）、谷儿只（今格鲁吉亚）、设里汪（今里海的西北，高加索山附近）等地，紧接着又翻过了太和岭（现在的高加索山），对阿速、钦察等部发起进攻。公元1223年，蒙古军队大败钦察和斡罗息的联军，进入了斡罗思南部，并一直打到第聂伯河。
1223年春天，成吉思汗决定班师，并将术赤留在了中亚。两年后，成吉思汗的军队与哲别和速不台的军队会合，一起返回了蒙古。
金朝灭亡
1205年，成吉思汗开始对西夏发动了大规模的进攻，并掠夺了大量的人口和牲畜。1207年，蒙古大军再次攻进了西夏，但这次却遭到了对方顽强的抵抗，只能无功而返。两年后，蒙古大军对西夏发动了第三次战争。这一次，他们动用了比前两次更多的兵力。于是，西夏的5万大军并没能支持很久，很快便就蒙古大军消灭了。接着，蒙古大军便开始攻打西夏的首都。成吉思汗下令引黄河水灌城，但却没想到出现了技术上的失误，西夏的城墙未能冲破，外堤却出现了决口，蒙古军营也遭到了河水的倒灌。无奈之下，成吉思汗只能选择与西夏谈判，协议每年收取西夏纳贡，然后撤军返回。
攻打西夏之后，成吉思汗的下一个目标便是金朝。当年的女真人推翻了辽朝的统治，建立了自己的政权，而现在历史又开始重新上演，在中原生活了许久的女真人便成了蒙古人眼中的猎物，他们也要遭到了当年与契丹人同样的命运。而当时金朝的皇帝是个平庸无奇的卫王永济，金国在他的统治下，政治腐败，国力衰微。
1211年，成吉思汗亲自率领大军，以为祖先报仇为名，南下进攻金国。
与西夏20多年的战争，成吉思汗逐渐消灭了西夏军的主力，迫使西夏国王投降，削除了金国在西北的屏障，得以顺利南下攻金，从此开始了长达致4年的蒙金战争。首战乌沙堡（今河北张北西北）获捷，再战野狐岭（今河北万全西北）、会河堡（今河北怀安东南），歼灭金军大量精锐。后来又在怀来（今属河北）、缙山（今北京延庆），大败10万金军，还重创金军于东京（今辽宁辽阳）、西京（今山西大同）、居庸关等地。蒙古后来不断改变战法，分兵三路进攻中原腹地以及辽西地区。
西征胜利之后，成吉思汗把抢夺来的土地分封给了自己的儿子来统辖，由于各地之间的风俗非常不同，后来逐渐发展成了相互独立的钦察汗国、察合台汗国、窝阔台汗国与伊儿汗国。
当成吉思汗西征的时候，曾经要求已经向蒙古臣服的西夏出兵从征，但却遭到了西夏的拒绝。让成吉思汗最为愤怒的是，后来西夏看到成吉思汗出征长期没有返回，便和金朝约定共同抵抗蒙古。
1226年，成吉思汗亲率10万大军进攻西夏，接连攻下黑水城、甘州、西凉府等地，西夏的兵力损耗殆尽。1227年七月，蒙古军队就在被围困的中兴府粮草断绝，西夏将要亡国之际，八月二十五日成吉思汗在六盘山清水县（今属甘肃）病逝，卒年66岁。成吉思汗临终遗嘱：利用宋金之间的世仇，借道宋境，联宋灭金。
成吉思汗的儿子窝阔台与拖雷遵守遗嘱，在灭掉西夏后，于1232年向南宋朝廷提出联合进攻金国。双方议定灭金之后，将河南的土地归还南宋。
而此时的金朝，由于常年侵宋，消耗了大量的人力物力，国势变得更加衰败。南宋与蒙古结盟之后，于1033年，派大将孟琪出兵攻打河南、唐河等地，在汉水大败金将武先，金哀宗逃到蔡州。八月，蒙古都元帅塔察儿与宋军将蔡州合围，将金哀宗围困于城中。金哀宗屡次突围均告失败，只得死守。第二年正月，蒙古与宋联合急攻蔡州，蔡州城失守的时候，金哀宗骑马逃走。1234年二月九日，金哀宗传位给族人完颜承麟，是为金末帝。就在完颜承麟的登基仪式刚刚结束的时候，宋军攻入南城，金哀宗自缢而死。蒙古与宋联军攻占了蔡州，金末帝完颜承麟也被乱兵杀死。从此，金朝灭亡。
蒙古南侵
宋、蒙联合灭掉金国以后，蒙古统治者并没有履行盟约，只是将陈、蔡二州的东南地区给了宋。其实，早在蒙古军南下的时候，金朝降将郭宝玉就曾向成吉思汗上表，中原势大，应该先将金朝灭掉，继而进攻宋国。因此，在金国灭亡后不久，接替成吉思汗汗位的窝阔台便开始了南下攻宋的准备工作。他曾向臣子们说道：“如今西夏、金、回鹘等都已臣服，唯有宋尚存东南一隅，我欲率兵亲讨！”
但是，因为季节的原因，蒙古军不适应暑热，便暂时没有行动，而是将主力撤回到了黄河以北的地区，等待时机再进攻宋国。
此时南宋统治的地区，地盘虽然只有北宋的1/3，但占据江南，拥抱川蜀，富庶无比。加之在长期的混乱中，北方人口大量南迁，有力地促进了江南经济、文化的发展。但是，南宋王朝却偏安一隅，极为腐败，奉行守内虚外、妥协求和的政策。王公大臣们互相倾轧，结党营私，以“恢复中原”为幌子，大肆征收赋税，搜刮民脂民膏，豪门贵族趁机大量兼并土地。朝廷为了应对庞大的财政支出，滥发钞币达6.5亿之多，造成了物价飞涨，百姓变得更为贫困，经济陷入了濒临崩溃的绝境。昏庸无能的宋理宗重用奸臣，将朝中大权全部交到了奸臣手中。在这种情况下，贾贵妃的弟弟贾似道逐渐掌控了大权。此后，贾似道开始了长达16年的执政。
宋理宗宝祐六年（1258年），蒙古大军兵分三路攻宋。拖雷的长子蒙哥大汗亲率蒙军主力进攻四川，名将兀良合台率领一路由云南经广西转攻湖南，准备成功之后，再北上鄂州。蒙哥的弟弟忽必烈则率部直驱，一直打到鄂州城下。蒙古的意图非常明显，就是想先占据长江中上游地区，然后顺江而下，消灭南宋。在这种紧急情况下，宋理宗派遣贾似道为右丞相兼枢密使，赶赴前线督战。
鄂州军民在守将高达的率领下，对蒙军的进攻展开了顽强的抵抗，两个月内伤亡高达数万人。鄂州的得失成为朝野上下注意的焦点。此时的贾似道，迫于压力只得率军在鄂州城中督战。而贾似道只是个纨绔子弟，既无军事才能也没有胆识，更没有实战经验。因此，他虽然手握重兵，但自知自己势单力薄，不是对手。为了让蒙古撤兵，贾似道竟然背着朝廷和诸将，不顾国家与民族的利益，秘密派遣心腹宋京赶到蒙古大营求和谈判，答应对蒙古称臣纳贡。但蒙古军没有答应，将宋京赶走了。
蒙哥大汗率军攻入川蜀，当地军民奋起抵抗。蒙古军队付出了惨重的代价，经过一年多的奋战，才占领了川西、川北及东部州郡。1259年二月，蒙古大军兵临合川钓鱼城。
此时，蒙古大军虽然武器精良，但由于钓鱼城地势非常险峻，攻城的器械不能发挥出应有的作用。蒙古军真正勇猛无敌又轻巧灵活的是骑兵，但骑兵在钓鱼城根本没有用武之地。
自宋、蒙在钓鱼城开战以来，蒙古军强攻了五个多月都没有成功。六月的时候，蒙古军总帅先锋汪德臣居然孤身单骑来到了钓鱼城下，企图劝降守城宋将，却不幸被乱石砸死。蒙哥大汗知道后，痛心疾首，立即发兵进攻钓鱼城。但此时已值暑天，蒙古士兵不堪忍受燥热的天气，终于没能攻下钓鱼城，甚至蒙哥大汗也在混战中不幸死去。
蒙哥大汗死后， 忽必烈又因为要争夺皇位而准备挥兵北上。但此时贾似道却递来了一纸降书，答应称臣。这当然是忽必烈求之不得的事情。此间事了，忽必烈率师北上。而贾似道则向宋理宗拟了一道奏章，隐瞒了忽必烈退兵的原因，而谎称是他大败蒙军。宋理宗受到蒙蔽，便封贾似道为少师、卫国公的爵位，贾似道从此权倾天下。而延续了300年的宋王朝，此时也堪堪走到了尽头。