元太祖成吉思汗，名鐵木真，屬蒙古尼倫部孛兒只斤氏族。父也速該，母訶額倫。南宋紹興三十二年（公元1162年）生，宋寶慶三年（公元1227年）卒。
南宋紹興三十二年（公元1162年），蒙古部孛兒只斤氏首領也速該的妻子月倫生下一子，也速該此時剛打敗塔塔兒部首領鐵木真，就用敵將的名字將新生兒命名為“鐵木真”。
鐵木真9歲時，其父也速該被塔塔兒部的人毒死。孛兒只斤氏族失去首領，許多奴隸和屬民改投其他勢力較強的部族。甚至連一些乞顏氏的貴族也離開了鐵木真母子，依附泰赤烏氏了。少年鐵木真一家暫時陷入困境，母親月倫帶著幾個孩子和僅剩下的少數部眾住在斡難河上游不兒罕山一帶，過著困苦的生活。
泰赤烏氏族的首領擔心鐵木真長大後報仇，帶人把鐵木真抓去，給他戴上手枷和頭枷，四處示眾。鐵木真利用泰赤烏人舉行宴會之機打倒看守人，乘機逃走。他隱入茂密的森林裡，後又潛入斡難河水中隱蔽。泰赤烏氏的屬民鎖兒罕失剌發現了鐵木真，對鐵木真說：“你有出類拔萃的卓越才幹，他們嫉恨你。你就藏在這裡，我不洩露給別人。”他說服部眾，停止了搜捕。
第二天，無法脫身的鐵木真又找到鎖兒罕失剌，請求隱藏，鎖兒罕失剌的兒子解下鐵木真所戴的枷鎖投進火裡，把他藏在裝羊毛的車上，並囑咐妹妹合答安好好照料。在鎖兒罕失剌救助下，鐵木真騎馬逃走，與母親會合。
鐵木真一家以捕食草原上的旱獺、野鼠為生，承受著貧困的煎熬。這時來了盜馬賊，將他家的馬偷去。鐵木真騎馬追趕，途中遇到了阿魯剌氏族納忽·伯顏的兒子博兒術，和他同心協力奪回了被盜的馬匹。從此二人結成終生相助的莫逆之交。
鐵木真與弘吉剌部美貌賢惠的孛兒帖完婚後，為了重振家業，與弟弟哈撒兒和別勒古台一道來到土兀剌黑林（今蒙古烏蘭巴托南），找到他父親的至交克烈部首領王罕，向他奉獻了禮物。並尊王罕為父，表示依附。王罕答應全力相助。
在王罕的蔭護下，鐵木真先後收下了折裡麥，後又有很多自由的騎士、勇敢善戰的勇士接踵而來，鐵木真周圍群英會集。他暗暗地收集部眾，積蓄著復仇的力量。
但就在他羽毛未豐的時候，又遭到三姓篾兒乞人的襲擊。鐵木真兄弟和戰友勢單力薄，被迫騎馬逃到山里。妻子孛兒帖被篾兒乞人抓去。鐵木真向王罕求助，王罕依約給予幫助，鐵木真童年的義兄弟，秦赤烏部首領札木合也合兵相援，他們乘篾兒乞人沒有防備時大舉進攻，取得勝利。鐵木真找回了已有身孕的妻子，不久得子朮赤。經過這次戰爭，鐵木真的力量逐漸壯大起來。攜他全家與札木合生活在一起。
一兩年後，鐵木真擺脫了對札木合的依附，從斡難河中游的札木合營地遷到怯綠連河上游的桑沽兒小河，獨立建營。鐵木真不問出身，善於容眾，吸引了很多弱小的氏族，被大家擁戴為領袖，表示願為他去“砍斷逞氣力者的頸項，劈開逞雄勇者的胸膛”，早期的這些人，後來都成為鐵木真的親信。
一些原來有名望的乞顏貴族也向鐵木真靠攏。合不勒汗的長支主兒乞氏的撒察別乞、泰出，忽圖剌汗之子拙赤汗和阿勒壇，也速該之弟答裡台斡赤斤，兄捏坤太子之子忽察兒等人不願過寄人籬下的生活，挾其部眾回到鐵木真身邊。他們在部族長聯合會議上，共同推舉擁有較強勢力的鐵木真為可汗，並表示服從。
鐵木真經貴族會議推舉為可汗，立即建立起一套鞏固自己統治地位的製度。他任命最早追隨他的親信那可兒博爾術和折裡麥為總管，並分設了帶弓箭的、管飲膳的、掌管牧羊的、管修造車輛的、管家內人口的、管帶刀的、掌馭馬的、管牧養馬群的、負責遠哨近哨的和守衛宮帳的等10種職務。擔任這些職務的人員，除其弟外幾乎全是他的親信。通過這套制度，鐵木真組成了一支以那可兒為核心的精悍隊伍。他制定並實施嚴格的紀律和製度，使部眾更適合於大兵團活動，從而為統一蒙古奠定了基礎。
新建立的以鐵木真為首領的乞顏氏政權，只控制著怯連綠河上游的一小塊地方，部眾也不很多。鐵木真知道，要擴張自己的勢力，還必須繼續依靠強大的克烈部首領的支持。就任可汗後，他立即派使臣向王罕報告此事。王罕對自己的干兒子被擁上汗位非常滿意，欣然允許。
札木合和泰赤烏貴族則無法容忍一個新的強大勢力的出現。札木合的弟弟因搶掠鐵木真家臣的馬群被射殺，札木合以此為由，採取了公開的敵對行動。鐵木真將自己的部眾分為十三翼以抗敵。為避開強敵，鐵木真採取了暫時退卻的策略。札木合殘酷地將歸附鐵木真的捏古思族（第十三翼）族長們的70個孩子擄來煮殺了。
十三翼之戰以後，鐵木真針對泰赤烏氏內無統紀、互爭雄長、矛盾重重的現實，採取了籠絡人心、分化瓦解的做法。在圍獵中，甚至故意將野獸驅入泰赤烏的獵場，讓他們獲利，然後與之結盟。
塔塔兒本是金朝的屬部，慶元元年（公元1195年），他們劫奪了金人的羊馬之後反叛。慶元二年，當塔塔兒人逃奔到斡裡札河時，鐵木真以為父祖復仇的名義要求王罕出兵，並同金軍兵合一處，將塔塔兒人圍殲。鐵木真捕殺了塔塔兒首領篾兀真裡徒。鐵木真搶掠敵人營寨時拾得一個孩子，月倫將他收為養子。他就是後來成了最高法官的失吉忽禿忽。
斡裡札河戰後，金朝授予鐵木真蒙古軍統領之職，他的政治權力大大提高，從此可以用朝廷命官的身份號令蒙古部眾和統轄其他貴族了。
在戰爭之前，乞顏氏貴族內部的矛盾已經暴露。撒察別乞等人雖然推舉鐵木真為汗，但他們並不願意服從他的管轄，一直懷有爭奪權位的野心。特別是攻打塔塔兒時，鐵木真徵召主兒乞氏出兵助戰，撒察別乞等不僅不聽號令，反而乘機劫掠了鐵木真的老營。留守後方的家眷有10人被殺，50人被脫去衣服。戰爭結束後，鐵木真乘勝興師問罪，主兒乞氏在怯綠連河附近被徹底擊潰，其部民牧地全被吞併。慶元三年（公元1197年）春，逃亡的撒察別乞和泰出兩人也被捕獲，鐵木真責以背棄盟誓，將其處死。
消除了內部的叛亂分子後，鐵木真從此開始不斷削弱舊貴族的權力和地位，迫使他們從屬於自己，從而在他走向戰功的道路上又跨出了重要的一步。
慶元六年，為創建大帝國，鐵木真與王罕會於薩里川，共同發兵攻打泰赤烏，泰赤烏貴族與篾兒乞貴族聯合抗戰。篾兒乞首領脫脫遣其子忽都等統兵相助。雙方會戰於斡難河，經過激戰，泰赤烏氏被擊潰，其首領塔兒忽台等被殺。
此後，王罕和鐵木真的進攻目標轉向東部富饒的呼倫貝爾草原。合答斤、散只兀部落聯合起來，共同對抗王罕、鐵木真，最終也遭到失敗，其部眾、牲畜多被王罕、鐵木真兼併掠奪而去。
嘉泰元年（公元1201年），札木合搜羅一批敗散的貴族，包括塔塔兒、弘吉剌、泰赤烏等共11個部族的首領，在忽蘭也兒吉集會，結成了一個鬆散的聯盟，討伐王罕與鐵木真。與之對戰時，鐵木真脖頸血管被射傷，血流如注，部將折裡麥用嘴吮血，精心守護，還赤身裸體潛入敵陣，取回酸奶，終於挽救了鐵木真的生命。第二天，曾救助過鐵木真的鎖兒罕失剌領著只兒豁阿歹前來歸順。只兒豁阿歹爽直地說：“從山上射傷你的就是我。如果你讓我死，只不過濺污手掌大的一塊土地。倘若饒我一命，我將為可汗赴湯蹈火。”鐵木真非常喜歡這種直率和勇氣：“作為敵人的人，總是避談自己殺過人，採取過敵對行動。而你卻直率相告，毫無忌諱，真可以做朋友。”又說：“那你就把只兒豁阿歹改作哲別（箭鏃之意）吧。”其後，哲別成了鐵木真帳下一名驍勇善戰的猛將。
嘉泰二年，鐵木真的武力更加充實，經過一場激戰，徹底殲滅宿敵塔塔兒部。從此蒙古高原富饒的東部土地和眾多部落幾乎都歸併在鐵木真統治之下，其勢力愈益強大起來。
王罕對鐵木真勢力的發展過猛有所顧慮。善於看風使舵的札木合乘機從中挑撥離間，撥弄是非，向王罕進讒言，詆毀鐵木真。在共同討伐乃蠻部的不欲魯汗時，王罕輕信謠言，擅自撤軍，結果反被乃蠻部截擊，幸虧鐵木真拼力相救，王罕才得以脫險。他悔恨自己目光短淺，再次與鐵木真宣誓為盟。
但驕橫自大的王罕仍未把鐵木真當成平等的同盟者，鐵木真曾為長子朮赤向王罕之女求婚，結果被拒絕，雙方關係再度惡化。嘉泰三年春，王罕父子偽許婚約，邀請鐵木真赴宴，想乘機殺之。鐵木真不明內情，帶領10名隨從前去。行至中途被王罕部下蒙力克勸阻。桑昆知道奸計洩露，準備偷襲鐵木真。這件事又被在阿勒壇的弟弟也客扯連家放牧馬群的巴歹和啟昔禮聽到，他們連夜馳報鐵木真。王罕發兵來襲，鐵木真倉促整軍迎敵，大戰於合蘭真沙陀（今內蒙古東烏珠珠沁盟北）。鐵木真當時仍處於劣勢，雖經苦戰暫挫王罕軍隊，但終因寡不敵眾，引兵乘夜撤退。
合蘭真沙陀之戰是鐵木真平生最艱苦的一場戰鬥，也是他第一次單獨與蒙古高原上最強大的貴族勢力進行較量。失利以後他一面遣派使者歷數王罕背盟棄約諸事，並請求媾和；一面駐紮在班朱尼河，利用喘息時機，休養士馬，收集部眾。班朱尼河水十分渾濁，他與追隨自己的伙伴們一起盟誓：“如果我取得天下，我將同你們同甘苦、共命運。若違背誓言，就像這河水一樣。”經過短時期積聚，鐵木真的軍事力量又迅速發展，準備再與王罕決戰。
這時的王罕卻與追隨他的其他蒙古貴族發生了分裂。札木合、阿勒壇、忽察兒、答裡台等人密議要襲擊王罕，自立為王。王罕察知以後，起兵攻伐，大勝。答裡台和蒙古巴阿鄰、嫩真二部、克烈撒合夷部投歸鐵木真，札木合等逃向乃蠻部。
當年秋天，鐵木真探知王罕正搭起金帳，大擺宴席，毫無戒備，遂用偷襲戰術，秘密包圍折折運都山王罕駐地，發動突襲。經過3晝夜激戰，王罕父子終因力不能支，落荒而逃。王罕逃至乃蠻邊界，在藉水喝時被乃蠻守將捕殺。其子桑昆逃到西夏后被逐出，又輾轉至曲先（今新疆庫車），也被殺死。
王罕為首的克烈部是蒙古諸部中最強大的，打敗克烈部，是鐵木真被推舉為蒙古部首領以來取得的最大勝利。論功行賞、封地分民之後，他的勢力範圍已與西部的乃蠻部接界了。乃蠻部是當時蒙古高原上惟一還有力量能與鐵木真抗衡的部族。
嘉泰四年（公元1204年），乃蠻部太陽罕統兵東進，至杭海嶺北的合池兒水（今哈瑞河）下營，會合篾兒乞部首領脫脫、斡亦剌部首領忽都合別乞以及札木合所率領朵兒邊、合答斤、散只兀、泰赤烏等殘部，共同進攻鐵木真。
鐵木真早已將乃蠻部確定為下一個進攻目標。他對軍隊進行了整編，按千戶、百戶、十戶統一編組。並建立了護衛軍。軍隊的整編和護衛軍的建立，使鐵木真的軍隊成為一支紀律嚴明、高度集中的武裝力量。它不僅加強了鐵木真的權力，而且使追隨他的將領們得到了大小官職，從而激勵他們更忠誠、更勇猛地為他的“帝業”戰鬥。結果，這次戰鬥鐵木真大敗太陽罕，並征服了太陽罕所屬的乃蠻部落。
嘉泰四年冬，鐵木真北攻篾兒乞部，降服麥古丹、脫脫裡、察渾三姓部眾，脫脫等也逃奔乃蠻不欲魯汗。兀窪思篾兒乞部首領帶兒兀孫先已獻女迎降，既而復叛，很快就被平定了。
開禧二年（公元1206年）鐵木真汗建國後，發兵攻打按台山的乃蠻不欲魯汗，在莎合水（今科布多河上游索果克河）將其消滅。依附不欲魯汗的屈出律、脫脫等逃到按台山以西。斡亦剌部首領忽都合別乞不久後向鐵木真投降。於是，哈剌溫山以西、按台山以東地區全歸於鐵木真。
開禧二年（1206）春，鐵木真召集貴族首領們在斡難河源舉行大會，即大可汗位，號成吉思汗（成吉思意為“海洋”）。成吉思汗建立的國家稱為“也客·蒙古·兒魯思”，即大蒙古國。至此，蒙古各部都統一在大蒙古國的旗號之下，按照“千戶”的組織形式編組起來，一個統一的蒙古民族共同體出現在世界舞台上。
成吉思汗即位後，在嘉泰四年（公元1204年）整頓軍馬、建立千戶制的基礎上，將全蒙古百姓劃分為95千戶，分別授與共同建國的貴族、功臣，任命他們為千戶長，世襲管領。
千戶制度是蒙古國家政治體制中最重要的一環。千戶作為統一的基本軍事單位和地方行政單位，取代了舊時代的部落或氏族結構。通過編組千戶，全蒙古百姓都被納入嚴密的組織之中，由汗委任的千戶長（那顏）管領，在指定的牧地範圍內居住，任何人不得擅自離開所屬千戶。國家按千戶徵派賦稅和調撥軍隊。所有民戶都應在本管千戶內“著籍應役”，負擔差役，不分貴賤，皆不得免。凡15～70歲的男子都要服兵役，隨時根據命令自備馬匹、兵仗、糧草，由本管千戶長率領出征。 “上馬則準備戰鬥，下馬則屯聚牧養”。蒙古政體已轉變為封建的領主分封制。
成吉思汗任命木華黎為左手萬戶，管轄東邊直到哈剌溫山（今大興安嶺）方面的諸千戶；博爾術為右手萬戶，管轄西邊直到按台山方面的諸千戶；納牙阿為中軍萬戶；豁兒赤領巴阿鄰部三千戶，加上塔該、阿失黑二人所管的諸族百姓，合為萬戶，鎮守沿也兒的石河（今額爾齊斯河）的林木百姓地面。管領格尼格思千戶的忽難，成為長子朮赤所屬百姓的萬戶。萬戶只是軍事統帥。
蒙古國的最高統治集團是成吉思汗的“黃金家族”，全蒙古百姓都是他們的臣民。按照分配家產的體例，成吉思汗將百姓分配給諸子、諸弟。
成吉思汗建國後不允許任何與他的“黃金家族”相抗衡的力量存在。晃豁壇部族蒙力克老翁享有崇高的地位，他的兒子闊闊出利用自己薩滿巫師的影響，將教權介入政治，並與成吉思汗家族爭奪百姓。成吉思汗決心要除掉闊闊出。
一天，蒙力克率領7個兒子來訪。闊闊出剛在酒桶旁邊坐下，成吉思汗的小弟斡赤斤就上前要與他較力氣，剛到帳殿外面，就有3個大力士折斷了闊闊出的脊梁，將其殺死。
千戶制度是成吉思汗防止舊貴族復辟的重要措施。任何千戶長，不管地位多麼尊崇，都是皇室的臣僕。那顏階級是成吉思汗“黃金家族”統治人民的支柱。
為確保至高無上的汗權，成吉思汗建立了一支更強大的由大汗直接控制的常備武裝。他將護衛軍擴充至萬名，由1000名宿衛、1000名箭筒士和8000名散班組成。其主要責任是保護大汗的金帳和分管汗廷的各種事務，同時也是大汗親自統領的作戰部隊。
成吉思汗規定了嚴格的護衛輪流值班制度。成吉思汗令其最親信的博爾忽、博爾術、木華黎、赤老溫4家世襲擔任四個護衛之長。他們是大汗的親信內臣。護衛之長作為大汗的侍從近臣，地位居於千戶那顏之上，擔任著中央政府的職能。他們還常作為使者出外傳達旨意，處理重大事務。其調任外官，多擔任重要職務。因此，充任衛士成為那顏階級做官的最便捷的途徑。
成吉思汗掌握著這樣一支最強悍的親信軍隊，足以製約任何一個在外的諸王和那顏。而各級那顏的子弟被徵為護衛軍，等於“質子”，這有助於成吉思汗更牢固地聯繫和控制分佈在各地的那顏，使他們效忠於自己。護衛軍成為成吉思汗鞏固新生的統一國家、防止舊貴族復活和對外進行掠奪擴張的有力工具。
成吉思汗建國以前，蒙古人還沒有文字。成吉思汗俘獲畏兀兒人塔塔統阿後，因他精通本國文字，就命他教子弟學習。其後又有不少畏兀兒人被用為蒙古貴族子弟的教師，他們對蒙古文的創製做出了貢獻。
畏兀兒蒙古文創制出來以後，成吉思汗就用它發布命令，登記戶口，編集成文法，記錄所辦案件等，成為加強統治的重要輔助手段。
開禧二年（公元1206年），成吉思汗任命其養子失吉忽禿忽為大斷事官。大斷事官專門負責掌管民戶的分配。成吉思汗又命失吉忽禿忽審斷刑獄詞訟，負責懲治盜賊，察明詐偽，施以刑法。大斷事官實際上是蒙古國的最高行政官，相當於漢族官制中的丞相。大斷事官之下還有若干斷事官作為僚屬。此外諸王、貴戚、功臣有分地者，也各置斷事官管治其本部百姓。
在蒙古人長期形成的種種社會習慣和行為規範的基礎上，成吉思汗重新確定了訓言、札撒和古來的體例，制定了蒙古法律“大札撒”。札撒主要由習慣法和訓令構成。它是當時人民必須遵奉的法律。它規定：那顏們除君主外不得投託他人，違者處死；擅離職守者處死；構亂皇室、挑撥是非、助此反彼者處死；收留逃奴而不交還其主者處死；盜人馬畜者，除歸還原馬外，另賠償同樣的馬9匹，如不能賠償，即以其子女作抵，如無子女，則將其本人處死等等。這些無疑都是保護最高統治權和那顏階級利益的條款。此外，札撒還有一些保護游牧經濟和社會秩序的條款。 “札撒”的製定，對統治被征服的民眾，使人民各安其位，整頓社會秩序，加強蒙古政權等起到了積極作用。
成吉思汗統一蒙古的業績以及他加強集權統治的措施，構建了蒙古帝國的基本骨架，為他在更大範圍內進行擴張戰爭奠定了基礎。
統一蒙古後，征服鄰國就成為成吉思汗的主要目標。當時，他的兵力總數已超過10萬。在征服諸國的過程中，蒙古國的兵力又不斷得到擴充。
党項貴族建立的西夏政權成為蒙古人征服的第一個目標。成吉思汗早已謀劃著進攻金國，但他擔心西夏與金國合力從兩面牽制蒙古。為免除西夏可能構成的側面威脅，他採取了先攻西夏掃清外圍的戰略。開禧元年（公元1205年）三月，成吉思汗滅乃蠻後率軍第一次侵入西夏，攻破邊境城堡力吉里寨，毀其牆壘。但此次主要的目的是掠奪財富。開禧三年秋，成吉思汗以西夏不肯納貢稱臣為由，第二次侵入西夏，攻破斡羅孩城，四出擄掠。西夏會集右廂諸路軍抵抗，蒙古軍不敢深入，於次年春天退回。
嘉定二年（公元1209年）秋，成吉思汗第三次入侵西夏。他圍攻興慶府長達兩個月，迫使西夏王納女請和，每年向蒙古納貢。西夏因向金求援遭到拒絕，遂轉而採取了臣服蒙古向金國進攻的政策。
蒙古與金很早就是仇敵。嘉定二年，金章宗病死，完顏永濟繼位。成吉思汗從投到自己麾下的金朝叛臣口中對金朝的政局瞭如指掌。嘉定四年三月，他做好了伐金的一切準備。在為祖先復仇的口號下，成吉思汗對金朝展開了全面攻勢。金軍以30萬大軍守野狐嶺（今河北萬全膳房堡北），成吉思汗揮師攻之，金軍大敗，死者蔽野塞川。金將完顏承裕等慌忙覓路逃跑，蒙古軍跟踪追至澮河堡（今河北懷安東），將金軍大部分消滅。蒙古軍前鋒突入居庸關，攻中都（今北京）不克，退出關外。
接著，成吉思汗分兵四出，攻取了山西、河北、山東和東北的許多地方。金主永濟柔弱無能，見蒙古軍來勢兇猛，未戰就先乞和。嘉定六年，胡沙虎以怠忽職守受責，竟發兵入都，殺永濟，另立完顏珣，自為太師、尚書令。元帥右監軍術虎高琪因兵敗懼罪，又先下手殺掉了胡沙虎。金朝統治一片混亂。
嘉定七年（公元1214年），成吉思汗從山東返回，駐中都北郊。他派人告訴金主：現蒙古軍要撤退，你應犒賞兵馬。金帝不敢乘蒙古軍長途跋涉困乏之機反攻，只得派丞相完顏福興為使節，獻永濟女歧國公主及童男童女、金帛駿馬等求和。成吉思汗返回漠北。
金朝因國力衰竭，已無力守住中都，為躲避蒙古的壓迫，準備遷都河南汴京。恰在這時，發生了金國阻止蒙古派往南宋的和平使節的事件。成吉思汗對此非常氣惱，認為金國的所作所為是破壞條約準備再戰。他再次下令策馬南進。蒙古軍逼近中都並將其包圍，中都附近州縣守將和官員紛紛投降，前來救援的金軍均被擊潰，留守中都的金軍主帥抹燃盡忠棄城而逃。 1215年5月，蒙古軍進占中都，駐在桓州的成吉思汗派失吉忽禿忽將中都府藏盡數運走，並派兵駐守中都。
嘉定十年，成吉思汗在漠北圖拉河畔，對從軍多年的將士訛功行賞，同時改編部隊。深得成吉思汗信任的木華黎被封為國王，全權指揮對金戰爭。嘉定十二年，成吉思汗揚鞭策馬踏上西征之路。
在蒙古鐵騎向西挺進的征程上，首當其衝的是地處中亞的花刺子模國。花剌子模是中亞古國之一，位於阿姆河下游。其王號花剌子模沙（波斯語，意為王）。它擺脫了西遼和墨爾柱帝國的統治之後，發展成為伊斯蘭世界最強大的國家。成吉思汗攻入金國的消息傳到中亞後，花剌子模國國王摩訶末算端為證實這一消息並探聽蒙古實力，在嘉定八年（公元1215年）底派以巴哈丁·剌只為首的花剌子模使團到達中都，親睹了戰爭帶來的慘狀。當時成吉思汗並無征服西方的計劃，只是著意於通過貿易獲得異國物品。他曾頒布一道法令：凡商人至其境者，將保證其安全營業；凡有貴重物品，需先送到他那裡由他選購。
一次雙方進行貿易時，蒙古商隊在花剌子模的論答刺城被該城長官亦難出全部拘捕，亦難出還向摩訶末誣告這些人是間諜，摩訶末沒有深思熟慮，將他們全部殺死（共450人），貨物全部沒收。成吉思汗聞訊後，決意興兵復仇。他派3個使臣到花剌子模指責摩訶末背信棄義，並要求交出兇手亦難出。摩訶末嚴辭拒絕，下令殺死為首的使臣，將其餘二人剃去鬍鬚，驅逐出境。成吉思汗派往花剌子模的使臣都是伊斯蘭教徒，鬍鬚對伊斯蘭教徒來說是權力的象徵，割掉它是奇恥大辱，而不斬來使、不殺說客是國家間交往的慣例。摩訶末如此做，激怒了成吉思汗，他派遣先鋒哲別率領一支軍隊，消滅了盤距西遼的乃蠻部太陽汗之子屈出律，掃除了進兵路上的障礙。嘉定十二年（公元1219年），成吉思汗待馬群肥壯之後，率領蒙古軍和金國、西夏新歸附的契丹軍、漢軍、河西軍和畏兀兒、哈剌魯首領率領的軍隊以及大批能工巧匠，翻越阿爾泰山，開始了西征。成吉思汗的軍隊總數不足20萬，但其軍威嚴整，戰鬥力很強。當時花剌子模擁有約40萬軍隊，但其組織龐雜，訓練不足，士氣低落。在大敵壓境之時，摩訶末有些驚慌失措。花剌子模的太后權勢極盛，掌握著大量土地，摩訶末考慮到與母后的矛盾，採納了分兵把守城堡的策略，他自己則準備退縮到阿母河以南，並隨時準備放棄河中。
嘉定十二年秋，成吉思汗統全軍向花剌子模進發，抵達訛答刺。經過5個月的苦戰，蒙古軍隊終於攻破城防。守將亦難出率餘部繼續抗擊，最終被生俘。蒙古軍殺掠之後夷平了訛答剌城。亦難出被送往駐屯在撤麻耳干的成吉思汗處。成吉思汗下令往愛財如命的亦難出的眼睛和耳朵裡灌注熔化了的銀塊，將其殺死，給死於非命的蒙古商人報了仇。
朮赤一軍攻下昔格納黑（今哈薩克契伊利東南）、小八真（在昔格納黑西北），逼臨氈的。守將棄城逃跑，城民自動組織抵抗，因缺乏作戰經驗，很快被蒙古軍攻破。
成吉思汗與拖雷率領人數最多的中軍渡忽章河後攻克訥兒等城，於嘉定十三年（公元1220年）二月抵不花剌。不花剌是中亞細亞的大城市，守衛該城的是上萬名騎兵。蒙古軍進行了連續不斷的進攻。守將率領一部分人馬逃跑，結果被蒙古軍隊尾追至阿母河附近消滅。第二天，不花剌城的僧官、紳士們獻城請降。成吉思汗入城後，乘馬直入回回禮拜寺，在那裡設宴慶功。
嘉定十三年三月，成吉思汗把煙火沖天的不花剌拋置身後，又開始進圍河中首府撒麻耳干（意為“肥沃的都市”，摩訶末在吞併河中後以此為都城，今撒馬爾罕）。察合台與窩闊台也率軍來此會合，各驅降民隨軍攻城。摩訶末聽到蒙古軍進入河中的消息，慌忙逃離撒麻耳干，退到阿母河以南。撒麻耳干的城防尚未峻工，城中五六萬守軍竟不敢出戰。圍城第三日，有一部分城民出城突襲蒙古軍，但中了埋伏，全部被殲。第五日，守軍和城民獻城投降。蒙古軍入城後，拆毀城堞，逐出市民，縱兵大掠。成吉思汗將投降的將卒3萬多人包圍在一處平野中，全部殺死。他從居民中選出工匠3萬人分賜諸子、親屬，並選3萬名壯丁隨軍作戰。其餘居民則在交納贖金後許其回城。契丹人耶律阿海受命為達魯花赤，留此鎮守。
阿剌黑一路蒙古軍隊也很快就攻取別納客忒等城。
成吉思汗先駐紮在撒麻耳干城區，後移兵牧草豐美之地，休養士馬，以待再戰。一俟秋高馬肥時，他就派遣察合台、窩闊台率領右翼軍去取玉龍杰赤，命朮赤率本部兵從其駐營地南下會合。自己與拖雷統領中軍向阿母河挺進。
摩訶末攜帶少數侍從匆匆逃向可疾雲（今伊朗德黑蘭省加茲溫）。哲別、速不台奉成吉思汗之命去追，他們渡過阿母河，進抵巴里黑，城民納款請降，遂留一將鎮守，隨即分兵向西追趕。沿途傳檄諭降，除非遇到阻攔、反抗，並不攻城略地。後摩訶末遁入小島上，成為伊斯蘭教徒。約在嘉定十三年底，摩訶末病死，他的兒子札蘭丁繼承了王位。
依照成吉思汗之命，察合台、窩闊台和朮赤先後率軍抵達花剌子模首都玉龍杰赤（今土庫曼斯坦庫尼亞烏爾根奇）。玉龍杰赤城跨阿母河兩岸，中有橋樑相連，3000蒙古軍欲奪取橋樑，結果全被守軍殺死。城內守軍膽氣更壯，屢屢挫敗攻城的蒙古軍。
成吉思汗和拖雷率領中軍從那黑沙不出發，過鐵門關（今烏茲別克沙赫爾夏勃茲南90公里拜松山中的布茲加勒山口）南下。他從諸軍中選拔強悍者組成一支精銳部隊，命拖雷率領，先渡阿母河去取呼羅珊諸城；自統大軍進攻阿母河北岸要塞忒耳迷（今俄羅斯捷爾梅茲）。忒耳迷軍民拒絕招降。兩軍以石炮相戰，圍攻11天之後，城池被攻破。成吉思汗下令毀其城堡，盡屠其民。其後，他又分兵攻略附近諸城寨。
在阿母河北岸駐冬之後，嘉定十四年初，成吉思汗統兵渡河，抵巴里黑城下。城民首領帶著昂貴的貢物出城請降，宣誓效忠。但成吉思汗為討伐札蘭丁，認為軍隊後方留下人口眾多的城市於己不利，便以調查人口為名，將無辜的市民全部屠殺，將巴里黑城化為灰燼。
成吉思汗接著進圍塔里寒寨（今阿富汗木爾加布河上游之北）。塔里寒軍民憑險據守，蒙古軍7個月圍攻不下，直到拖雷奉召回軍與其父會合，才將這座山城攻克。該城軍民被屠殺殆盡。
這期間，拖雷受父命進入呼羅珊地區，對敢於反抗蒙古的城市進行了殘酷的報復。所到之處多屠城，不允許投降。
嘉定十四年（公元1221年）十一月二十四日，成吉思汗下令猛攻札蘭丁。經過激烈戰鬥，札蘭丁部下將卒大部分死傷逃散，札蘭丁數次突圍受阻，脫掉盔甲，躍馬入河，率4000殘兵逃入印度。嘉慶十五年春，成吉思汗命八剌等率領蒙古軍20000入印度追擊札蘭丁，但一直未找到踪跡。入夏后，蒙古軍不耐盛暑，只好退兵。不久後，札蘭丁也被迫離開印度逃往波斯。
成吉思汗又分遣蒙古軍去鎮壓各城的起義，哥疾寧、也裡、巴里黑等城又一次遭到蹂躪。嘉定十五年春、夏兩季，他都在“大雪山”（今興都庫什山）以南活動，先是在印度河附近清剿札蘭丁的離散部隊，而後避暑於八魯灣川。九月，渡過阿母河，回到撒麻耳干地區駐冬。
哲別和速不台在摩訶末逃入里海後，繼續率軍抄掠波斯各地。嘉定十四年初，蒙古軍入掠谷兒只（今格魯吉亞），敗其守軍，旋即回兵，再至桃裡寺（今伊朗東阿塞拜疆省大不里土），接受城中貴人貢納，遂往攻篾剌哈（今伊朗東阿塞拜疆省馬臘格）。蔑剌哈城民進行了抵抗，城破後遭到殘酷屠殺。接著又南下攻克哈馬丹，殺掠之後縱火焚城。此後揮師北攻拜勒寒城，城民殺死蒙古派來議和的使者，蒙古軍猛攻，陷城後將居民屠殺殆盡。
嘉定十五年春，哲別等攻入谷兒只境內，攻破其首府沙馬哈（今阿塞拜疆舍馬台）。佔領了位於太和嶺（高加索山）與里海之間隘口上的打耳班（今達格斯坦捷爾本特）。嘉定十六年底，他們率軍東返，沿亦的勒河（伏爾加河）南下，經由里海、成海北部，與成吉思汗會師。
成吉思汗為求長生之藥，在西征途中就遣侍臣劉仲祿到山東萊州延請全真教宗師丘處機。丘處機推辭不過，經過一年多的艱苦跋涉，終於在嘉定十五年四月到達成吉思汗行營。成吉思汗當即接見，問道：“真人從遠方來，有什麼能使我長生的藥嗎？”丘處機指出：“長生之道，清心寡欲；一統天下，不嗜殺人；為治之方，敬天愛民。”成吉思汗派人翻譯並做了記錄。嘉定十六年二月，成吉思汗射獵時不慎落馬，險些喪生，丘處機勸告說：“你年事已高，少出獵為宜。出獵墜馬，是天的戒示。”成吉思汗說：“神仙所言甚是，朕為蒙古人，自幼喜愛乘馬狩獵，怕積習難改。”
嘉定十五年，聞知西夏有變，成吉思汗決意東歸蒙古。他任命花剌子模人牙剌瓦赤及其子麻速忽治理西域各城，並置達魯花赤監察。長子朮赤留在了欽察草原。嘉定十六年東歸途中，成吉思汗駐夏於忽蘭巴失。嘉定十七年夏又在也兒的石河駐夏。
在這期間，成吉思汗為加強對征服來的廣大國土的統治，將它們分封給了諸子：也兒的石河以西，今鹹海、里海之北，屬於朮赤；畏兀兒與河中之間，原西遼故地，屬於察合台；從葉迷立（今新疆額敏）以北，包括今喀拉額齊斯河和阿勒泰山一部分的原乃蠻部地，屬於窩闊台。他們與先前分封的成吉思汗的諸弟合撒兒、合赤溫、斡赤斤、別里古台等“東道諸王”相對，被稱為“西道諸王”。這3個封國即是後來的欽察汗國、察合台汗國和窩闊台汗國。分封諸子，使他們各擁封土，為後來因爭奪汗位而產生的各系間的鬥爭埋下了種因，也最終導致了大蒙古帝國的分裂瓦解。但是，這種分封制對促進各地的封建化與經濟文化的恢復發展，又是有積極作用的。
寶慶元年（公元1225年）春，成吉思汗回到蒙古，持續7年的遠征結束。
寶慶二年（公元1226年），成吉思汗以西夏接納仇人亦剌合·桑昆、不送質子和拒絕徵調為由，興兵大舉侵入西夏。
由於成吉思汗在射獵野馬時再次落馬負傷，蒙古軍被迫駐營休息。雖然傷痛椎心，但年邁的成吉思汗沒有採納皇子、大臣們暫時後撤的建議，決定先派遣使臣到西夏責其不派兵隨從西征且出言不遜之罪。接著，蒙古軍攻西涼府，西夏主將力屈投降，遂進至河曲，取應裡等縣。這時，夏獻宗德旺憂懼而死。夏人立其侄南平王為主。十一月，成吉思汗率蒙古大軍進攻靈州，西夏王遣嵬名令公統率10萬軍隊來援。蒙古軍渡河進擊，消滅西夏軍，殺死無數，屍體堆積如山。隨後，成吉思汗到鹽州川駐冬。
鑑於西夏軍主力被殲，已無法組織有效的抵抗，成吉思汗只留一部分軍隊攻打中興，並派察罕入城招降，他自己則於寶慶三年（公元1227年）正月率軍南下，進入金境，攻陷臨洮府和洮、河、西寧、德順等州，另遣一軍攻入宋境擄掠。四月，駐夏於六盤山。六月，繼續向南進兵，至秦州清水縣。
寶慶三年七月，成吉思汗身患重病，一臥不起。他自知死期臨近，便招其三子窩闊台、末子拖雷於枕邊，叮囑兄弟之間要親密相處，並面授征服金國的策略。他指出：“金的精兵在潼關，南有群山，北臨黃河，難以遽然攻破。如果向宋借道，宋與金是世仇，必定會應允，那就可以出兵唐、鄧（兩州均在河南），直指汴京（今開封）。金危急，必定徵召駐守潼關的軍隊，這時我們迎頭痛擊遠來疲軍，必能大勝。”他還吩咐：“我死後要秘不發喪，以免被敵人知悉；待西夏國主和居民在指定時刻出城時，立即全部把他們消滅。”
安排完軍國大事，這位一代天驕帶著他多采多姿的業績結束了一生，終年66歲。
遵照成吉思汗的遺囑，他的屍體被送回蒙古故土，埋葬在斡難、怯綠連、土拉三河發源的聖山——不兒罕山上。陵墓向北深埋，以萬馬踏平。後人在鄂爾多斯（伊克昭盟）修建了“八間白室”，人稱成吉思汗陵。
南宋紹定二年（公元1229年），窩闊台繼承汗位。元至元三年（公元1266年），元世祖忽必烈追諡成吉思汗為“聖武皇帝”；元至大二年（公元1309年），加謚為“法天啟運聖武皇帝”，廟號“太祖”。