董天和铁木真的幼子拖雷率主军直入不花剌城（今布哈拉），于1220年2月抵达该城。不花剌城的突厥守军企图突破围城者的防线逃跑，但是，结果只是大批被杀死。被守军们遗弃了的居民们投降（1220年2月10日或16日）。城堡被攻占（城堡内曾有400人在此避难），守城卫兵全部被杀。接着，不花剌域经历了一次有条理的彻底的洗劫。居民们遭到抢劫以及种种虐待、威逼和蹂躏，但是，总的来说，被处死的只是那些企图起来DZ胜利者渎圣暴行的人，尤其是在伊斯兰教“教士”们中。
董天衰老蒙古大军从不花剌进军撒麻耳干，在撒麻耳干城前与刚攻下讹答剌城的察合台和窝阔台会合。撒麻耳干居民（有一部分仍是伊朗人）勇敢地企图出击，但被压住。城里有守军十一万，五万为波斯人，六万为突厥康里部人，统是精兵良将，城防甚固，蒙古军一时未能攻下，于是派人向突厥人做思想工作，突厥人以为和蒙古人同种，蒙古人必会善待他们，于是第五日，二十多名突厥康里族将领率三万人出城交出武器投降，城中大乱，蒙古军入城（1220年3月）。该城遭到彻底洗劫，为了宜于行动，首先把全城居民驱逐出城，其中许多人被处死。那些被认为有用的人，如技术工匠——被带往蒙古。突厥守军虽然投降，但是蒙古人看他们数量太多，万一反叛无法控制，于是当晚这三万降兵在睡觉时被董天的蒙古军全部烧死射死，无一人幸免（当年秦军是这样对待投降的三十万赵军，项羽也是这样对待投降的秦军）。撒麻耳干的宗教首领们与不花剌的同行们不同，他们没有抵抗，所以大部分人被赦免了。受到优待的那些人终于获许回到撒麻耳干，但是，屠杀的规模仍相当大，据说以致留下来的居民几乎还不能住满城市的一角，这么做虽然很残暴，但这是征服史的必然结果，和平统一无不靠无数鲜血染成的结果。
花剌子模原都城玉龙杰赤（今土库曼斯坦希瓦附近的科尼亚·乌尔根奇，乌兹别克斯坦也有个叫乌尔根奇的城市）经七个月长期包围之后，于1221年4月才被攻占。长时期的包围是由于成吉思汗的大将术赤和察合台关系不睦不能协调，并且在接近最后阶段时，甚至还要窝阔台参予。在窝阔台指挥的第七天，蒙古军才完全控制了该城。这次攻城消耗了蒙古军大量的人力物力，伤亡甚重。为了惩罚守军的顽强抵抗，所以除了工匠、妇女、儿童得以赦免外，其余人一律处死。（有的书称参加攻城的五万蒙古军，平均每人处死了二十四名俘虏。这实际上是被蒙古人的崇拜者和反对者怀着各自不同的目的而大大夸张的。玉龙杰赤城里不太可能有一百二十万以上人口，南宋的临安城也那时也没那么多的人口。）
在蒙古征服河中期间，花剌子模苏丹摩诃末被盲目的狂妄自大而招致的灾难所吓倒，从自负走向极端沮丧，最后完全迟钝了。以后他逃到巴里黑（巴尔赫），又从巴里黑继续逃到呼罗珊西部，在那里他避难于尼沙普尔（今伊朗霍腊散省内沙布尔），其后他在与日俱增的恐慌中又跑到与他的统治地区遥遥相对的另一端：伊拉克·阿只迷（这不是现在的伊拉克，而在伊朗境内）西北的可疾云（今伊朗德黑兰省加兹温）。但是，董天已经派出一支由他的两位优秀将领哲别和速不台率领的骑兵分队追随他。这是一次疯狂的追逐。巴里黑城在哲别和速不台逼近时纳款获赦免，并接受了一位蒙古总督的统治。尼沙普尔也免遭厄运，因为哲别非常匆忙而未能停留。另一方面，图斯（今伊朗霍腊散省马什哈德北）、达蔑干（今伊朗马赞德兰省达姆甘）、西模娘（今伊朗德黑兰省塞姆南）都遭到速不台的洗劫。这两员蒙古大将继续追赶摩诃末，后来进入了伊拉克·阿只迷，对列夷（今德黑兰之南）发起突然进攻，他们火速穿过哈马丹（（今伊朗西部哈马丹），抵达哈仑，摩诃末在此几乎落入他们手中，后来又溜掉了。
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