モンゴルのホラズム・シャー朝征服
モンゴル軍がマー・ワラー・アンナフルに侵入したことを知ったアラーウッディーンは居城のサマルカンドを放棄してナフシャブ(カルシ)に逃亡し、通過先の住民に各自でモンゴル軍の攻撃から身を守るように告げたホラズムの熟練した軍人からはアム川に防衛戦を張ってイランの守備に全力を傾けるべきだという意見が出されたが、アラーウッディーンはガズナに退却する意見を採用する。バルフに到着したアラーウッディーンは宰相のアハマド・ウル・ムルクに出会い、彼の進言に従ってイラーク・アジャミー(イラン高原)への移動を決定する。こうしたアラーウッディーンの退却は、専守防衛策からモンゴル軍をアム川の南、あるいは西に誘導して撃破するゲリラ戦への転換を意図したものだとも言われている。王子ジャラールッディーンは退却に反対してモンゴル軍に抗戦することを主張したが、アラーウッディーンはジャラールッディーンの意見を容れず、彼を連れて逃走した。1220年4月16日にアラーウッディーンはニーシャープールに到着し、モンゴル軍がアム川を渡るのは当分先になると考えて町に滞在したが、到着から3週間後にモンゴル軍はイラン東部のホラーサーン地方に進軍したことを知ると、狩猟に出るという口実を設けて少数の供を従えて町を脱出した。
アラーウッディーンの追撃に向かった部隊はアム川を渡り、ホラーサーン地方に侵入する。ホラーサーン地方の主要な都市であるバルフは使節を派遣してモンゴル軍に降伏を申し出るが、モンゴル軍を挑発したザーヴァの町は破壊・虐殺に晒され、ニーシャープールは城外を通過するモンゴル軍に食糧を供給した。
モンゴルのホラズム侵攻において、アラーウッディーンは一度も自ら軍を率いて出征することなくオアシス都市に籠城しての防戦を徹底させたが、この戦略方針には「カラ・クムの戦い」における手痛い失敗が多大な影響を与えたと指摘されている。なお、古くはロシア人史家V.V.バルトリドの学説に基づいて「カラ・クムの戦い」の戦いが起こったのは1216年のことで、モンゴルのホラズム侵攻とは直接関係ない戦いであったとする説が有力であったが、バルトリドの議論は史料の誤読に基づくものであって現在では成り立たないと指摘されている。
モンゴル帝国で開催されたクリルタイでホラズム・シャー朝との開戦が正式に決定されると、軍隊の編成が協議された。チンギスは末弟のテムゲ・オッチギンをモンゴル高原に残し、1218年末にホラズム・シャー朝への行軍を開始した。1219年夏にチンギスはイルティシュ河畔で馬に休息を取らせ、同年秋に天山ウイグル王国、アルマリクのスクナーク・テギン、カルルク族のアルスラーン・カンの軍隊を加えて進軍した。開戦前にモンゴル帝国は西夏にも援軍の派遣を求めていたが、西夏から援軍は送られなかった。経済的な危機に直面するムスリム商人はモンゴル帝国の征西に積極的に協力し、ホラズム・シャー朝の国情や地理に関する詳細な情報を提供するだけでなく、遠征の計画の立案にも関与していたと考えられている。
1220年2月にチンギスが率いる本隊はブハラに達した。12,000、20,000、あるいは30,000に及ぶ騎兵が守る都市を包囲し、連日攻撃が加えられた。守備隊はモンゴル軍に夜襲を仕掛けて成功を収めるが、ホラズム軍は勝利に乗じて追撃を行うことなく逃走し、アム川河畔でモンゴル軍の反撃を受けて壊滅した。守備隊が逃走した翌日、ブハラのイマーム(宗教指導者)と有力者がモンゴルに臣従の意思を示した。ブハラ市内は略奪と放火に晒され、捕虜とされた市民は軍隊に編入された上で、残存兵とモンゴル軍の指示に従わない人間は殺害された。ブハラの民家の多くは木造の家屋で占められており、煉瓦造りのジャーミー・モスク(大礼拝堂)などの一部の建物を除いて、モンゴル兵の放火によって町の大部分が数日のうちに焼失したことが歴史家のジュワイニーによって伝えられている。ジュワイニーは、ブハラから脱出した男がモンゴル軍の攻撃を受けた町の様子を聞かれて返した
というペルシア語としてごく簡潔な言葉を、ブハラ占領を要約する言葉として記している。
ブハラを発ったチンギスはサマルカンドに到着し、別行動をとっていた第一部隊、第二部隊、第三部隊もサマルカンドの包囲に合流する。