Toluj először 1214-ben vonult hadba a kínai Csin-dinasztia ellen. 1220-ban elkísérte apját a Horezm elleni hadjáratra. Miután elfoglalták Balh városát, Dzsingisz kán rábízta Khoraszán többi részének megszállását. A perzsa krónika szerint Toluj nyugatra vonult a mai Afganisztán északnyugati részében ahol átkelt a Murgab folyón és bal oldali mellékfolyóján, a Kuskon, majd a folyót északra követve Mervhez, a nagy kereskedővároshoz érkezett. A város helytartója ekkor a türkménekkel volt hadiállapotban, akik a város közelében táboroztak. A mongolok éjszaka rajtaütöttek a nagyszámú türkménen és megfutamították őket. 1221. február 5-én megjelentek Merv kapui előtt. Toluj ötszáz emberével körbelovagolta a városfalat. Hat napon át felmérték a védműveket, és úgy látták, hogy azok jó állapotban vannak és hosszú ostromot is kibírnak. A hetedik napon elkezdték a támadásokat. A lakosok két kapuból is kitámadtak, de visszaverték őket. Másnap a helytartó, bízva Toluj ígéretében, hogy nem esik bántódásuk, feladta a várost. A mongolok azonban Merv összes lakosát (a perzsa történetíró szerint több mint egymilliót) kiterelték a város melletti síkságra és négyszáz kézműves és néhány gyermek kivételével valamennyit lemészárolták.