Внутреннее политическое положение Хорезма затрудняло организацию обороны страны. Мухаммед боялся сосредоточить в одном месте крупные силы, так как не мог положиться на своих военачальников, и отошел в глубь страны. В результате этого получилось, что только народные массы защищали свои населенные пункты. Но эти массы были неорганизованны. К тому же им в спину наносили удары высшие слои господствующих классов, которые предательством интересов своей страны пытались сохранить свою жизнь и свои богатства.
Наступление тюрко-монголов началось широким фронтом в 1220 г.
Мухаммед развернул свои силы между Сырдарьей и крепостями Мавераннахра. В результате, несмотря на численный перевес, в каждом отдельном месте у него оказалось меньше войск. Чингисхан вошел в Хорезмскую империю около Отрара, в среднем течении Сырдарьи. Один монгольский корпус во главе с двумя сыновьями завоевателя, Чагатаем и Угэдеем, остался у стен этого города.
Согласно источникам, осада Отрара продолжалась пять месяцев. За время осады большие потери понесли не только осажденные, но и осаждающие. Чем дольше длилось героическое сопротивление гарнизона Отрара, тем труднее становилось его положение, так как помощи ждать было неоткуда, ряды воинов редели. По истечении пяти месяцев, в самый тяжелый момент осады, визирь Караджа, испугавшись неминуемой гибели, предал жителей города, самовольно покинул его и вместе со своими войсками сдался монголам. Измена Караджи ускорила захват города. Каирхан был схвачен и предан мучительной казни после гибели всех его воинов. Караджи казнили вместе с теми, кого он увел: считалось, раз он предал своего господина, свой народ, свой город, то может предать и их.
В то время, когда началась осада Отрара, другой корпус под командованием Джучи спустился по течению Сырдарьи и овладел Сигнаком и Джентом. Пять тысяч монголов, двинувшись в верховье Сырдарьи, взяли Бенакет (к западу от Ташкента) и осадили Ходженд, губернатор которого, энергичный Темур-Мелик, после блестящей обороны сумел уйти со своими людьми от монголов.
Сам Чингисхан вместе с самым младшим сыном, Толуем, во главе основных сил двинулся прямо на Бухару и дошел до этого города в феврале 1220 г. Напомним, что хорезмшах Мухаммед завоевал Бухару в 1207 г. и присоединил к Хорезмскому государству, и этот город постоянно являлся ареной социальных конфликтов.
После двенадцатидневной защиты гарнизон города, состоявший из 20 тыс. человек, попытался прорвать линию осаждающих и уйти в Самарканд, где находился хорезмшах Мухаммед, но был уничтожен, и священная Бухара открыла ворота Чингисхану. Город подвергся полному и методичному разграблению. В основном убивали тех, кто сопротивлялся. Бартольд считает легендой рассказ Джувейни о том, что Чингисхан якобы согнал толпу в большую мечеть и поджег ее. Пожар, уничтоживший Бухару, также, возможно, был не преднамеренным.
Но Джувейни и обессмертил эту резню, «заставив» Чингисхана произнести следующие слова: «Я скажу вам, что я – Бич Божий, и если бы вы не были великими грешниками, он бы не послал меня на ваши головы». Как бы то ни было, город Бухара на многие десятилетия перестал существовать. Падение Бухары имело и психологические факторы – сказалось напряжение, царившее в государстве хорезмшаха. Стратегический план Мухаммеда по рассредоточению войск по гарнизонам оказался роковой ошибкой.
Бартольд отмечает, что со стороны мусульман было больше индивидуального героизма и большие героев, чем среди монголов, но последние отличались хорошей организованностью, единым командованием и дисциплиной, что и обеспечило им победу.
Из Бухары Чингисхан пошел на Самарканд. У этого города к нему присоединились Чагатай и Угэдей, которые только что взяли Отрар. В Самарканде Мухаммед оставил сильное войско. Оно состояло приблизительно из 40 тыс. человек, но было деморализовано вследствие бегства хорезмшаха и отъезда его сына Джелал-ад-Дина. Тем не менее воины мужественно вступили в сражение, напали на тюрко-монголов, заставили их с потерями отступить и захватили множество пленных, но на другой день битвы были отброшены за стены. Однако представители духовенства открыли одни из ворот, когда гарнизон защищал остальные ворота, и все защитники были истреблены.
Город откупился от разграбления, уплатив контрибуцию в 200 тыс. золотых монет. Художники, ремесленники были взяты в плен и отправлены в Каракорум.
Тюркский гарнизон, стихийно примкнувший к монголам, тем не менее был полностью истреблен. В противоположность тому, что произошло в Бухаре, мусульманское духовенство не пыталось оказать сопротивление. В конце концов люди, кому даровали жизнь, получили разрешение вернуться в город, но оставшихся в живых едва ли хватило, чтобы заселить один квартал.
К маю 1220 г. крепости вдоль Сырдарьи пали одна за другой. За пять месяцев тюрко-монголы завоевали Западный Туркестан, Мавераннахр, Фергану. Их четыре армии соединились под Самаркандом.
Пока монголы покоряли Мавераннахр, шах Мухаммед, настроение которого менялось от безумной беззаботности и уверенности в победе до полного отчаяния, оставался в бездействии, но в конце концов все же бежал на Балхаш. Оттуда он перебрался в Западный Хорасан искать убежища в Нишапуре, потом растущий страх погнал его в Казвин, на северо-запад Ирака, в самые удаленные места своей империи. Чингисхан отправил за ним в погоню 25-тысячный корпус во главе с Джэбэ и Субэтэем. Это была отчаянная гонка. Город Нишапур выслал навстречу преследователям делегацию, но спешивший Джэбэ не стал там задерживаться. Зато Субэтэй разгромил Туc, Дамган и Чемнан. Продолжая преследовать Мухаммеда, оба генерала вступили по его следам в Иран, с ходу взяли Рейи и вырезали взрослое мужское население, а женщин и детей сделали рабами. Они галопом проскакали мимо Хамадана и достигли Каруна, где Мухаммед едва не попал им в руки, но они потеряли его след. В отместку они разрушили Зенджан и Казвин. Загнанный Мухаммед укрылся на островке Каспийского моря и там умер в декабре 1220 г. Позже мы проследим за продолжением беспримерного рейда Джэбэ и Субэтэя через Азербайджан, Кавказ и Южную Русь.
Зимой 1221 г. в Ургенч, столицу Хорезма, возвратились сыновья хорезмшаха и обнародовали завещание Мухаммеда о престолонаследии в пользу старшего сына Джелал-ад-Дина. Царедворцы организовали заговор с целью физического уничтожения последнего. Но заблаговременно предупрежденный Джелал-ад-Дин бежал со своими сторонниками в Хорасан, полагая, что там он соберет войско для борьбы с Чингисханом.
Пока происходили эти события, к Ургенчу подошли значительные тюрко-монгольские силы: с севера – Джучи со своим отрядом, со стороны Бухары – войска Чагатая и Угэдея. Зимой 1221 г. началась осада Ургенча. Ургенч был первым из больших городов, который оказал решительное сопротивление. После шести месяцев осады и ожесточенных уличных боев, город был взят (апрель 1221 г.), его население истреблено или уведено в рабство. Тюрко-монгольские войска разрушили плотину на Амударье, и вода затопила весь город.
Монгольские хроники дают понять, что Чингисхан был глубоко раздосадован пирровой победой, которую представляло собой взятие столицы Хорезма: осада Ургенча длилась шесть месяцев, и потери монголов были много тяжелее, чем обычно. Ответственность за это он возложил на императорских принцев, которые руководили военными операциями и в нарушение закона присвоили себе всю добычу, захваченную в городе, не выделив той части, которая принадлежала отцу.