Moğol ordusu 1219 yazında Yukarı İrtiş’de toplandı. Sonbaharda, Balkaş Gölü’nün güneydoğusunda bulunan Kayalıg’a, Karlukların yanına geldi. Bunların hükümdarı Arslan Han kendisine iltihak etti. Yine burada yeni Almalıg hükümdarı Suknak-tegin’le Uygur hükümdarı İdikut Barçuk kuvvetleriyle beraber ona mülâki oldular Barthold’un tahminine göre Moğol ordusu 150 ilâ 200 bin kişiden mürekkepti. Yani sayı itibarıyla Harezm kuvvetlerinden çok aşağı, fakat çok daha ziyade disiplinli idi ve çok daha mütecanis bir “erkânı harbiye” si vardı.
Harezmşah Muhammed, kuvvetlerini Sir Derya hattı ile Maveraünnehir’deki müstahkem mevkiler arasında ayırmış, dağıtmıştı. Bunun neticesi şu oldu ki adetçe üstünlüğe rağmen her ayrı noktada aşağı vaziyete düştü. Cengiz Han, Harezm İmparatorluğu’na orta Sir Derya üzerinde bulunan Otrâr civarından girdi. İki oğlu Çağatay ve Ogödey’le bir Moğol tümeni ancak uzun bir muhasaradan sonra zapt edilen bu kale önünde bırakıldı. Fatihin büyük oğlu Cöçi kumandasında diğer bir tümen Sir Derya boyunca inerek Sıgnak (bugünkü Türkistan şehrinin karşısında) ve Cend’i (bugünkü Perovsk civarında) zapt etti. Yukarı Sir Derya’ya doğru ayrılan 5.000 Moğol, Benâket’i (Taşkent’in batısında) aldılar ve Hocend’i muhasaraya geldiler; bu şehrin enerjik valisi Timur Melik, güzel bir müdafaadan sonra bir kayıkla Sir Derya mecrasından aşağı inerek kaçıp kurtulmaya muvaffak oldu. Barthold, bu hususta haklı olarak şunu müşahede etmektedir ki bu harpte Müslümanlar arasında, Moğollara nazaran daha ziyade şahsi kahramanlık vakalarına ve şövalye çehrelere rastlanmaktadır ve yalnız Moğollar, kendilerine zaferi temin eden teşkilât, kumandanın vahdeti ve disiplin meziyetlerine sahip idiler.
Cengiz Han Buhara’dan Semerkant üzerine yürüdü. Az önce Ortâr’ı zapt etmiş bulunan oğulları Çağatay ve Ogödey gelip bu şehir önünde kendisine iltihak ettiler. Semerkant’ın hâlâ kısmen İranlı olan ahalisi cesurane bir huruc hareketine teşebbüs ettiler; fakat tam bir inhizama uğradılar. Cuveyni’ye göre şehir beş gün sonunda teslim oldu(Mart 1220). İşi daha ziyade kolaylaştırmak üzere ahali boşaltıldıktan sonra şehir tamamıyla yağma edildi ve ahaliden çoğu da idam olundu. Faydalı sayılan unsurlar, meselâ maharetli sanatkârlar Moğolistan’a gönderildi. Kendiliğinden Moğollara iltihak etmiş olan Türk garnizonu, buna rağmen metodik bir şekilde tamamen katliam edildi. Buhara’da olup bitenlerin aksine Müslüman din adamlan mukavemet teşebbüsünde bulunmadılar ve prensip olarak kendilerine dokunulmadı.558 Bu suretle affa mazhar olanlara nihayet, Semerkant’a dönmek müsaadesi verildi. Fakat katliââm öyle yapılmıştı ki hemen hemen yalnız bir mahalleyi iskân edecek kadar ahali kalmış bulunuyordu.
