随后，蒙古军队进军花剌子模国首都玉龙杰赤。玉龙杰赤的突厥卫戍部队决心拼死抵抗蒙古军队进攻。忠实于花剌子模王朝的居民也都抱如此决心。成吉思汗派了一支实力强大的军队——这支军队大约有5万人一一去攻取玉龙杰赤。指挥这支大军的是他的三个儿子术赤、察合台和窝阔台。术赤想不费一刀一箭就使该城投降，遂派人前去晓谕城民，说他的父汗已将花剌子模封给了他，他希望他这个首都完整无损，不遭到任何破坏。他还下令保护公园和郊区，以表明他的善意。但是，他的这一招降措施没有取得任何成果。
由于术赤和察合台二人不和。加上守城军队顽强抵抗，攻城工作进行得并不顺利。
成吉思汗对他二人的如此表现十分生气，改命窝阔台统领攻城全军，责令术赤和察合台都必须听从其弟窝阔台的指挥。窝阔台采取温和的态度，在术赤和察合台二人之间调停，使二人再次和解。与此同时，窝阔台采取严厉的态度，在部队中严申纪律，从而使士气复振，部队又成了一支不可战胜的军队。
战斗又开始了，双方厮杀得非常激烈。被包围的市民，包括妇女、儿童和老人，知道自己不会得到蒙古人的怜悯和恩惠，于是一齐积极地不松懈地投入了战斗，每幢房屋都变成了堡垒。蒙古军队继续向这些已变成堡垒的房屋投掷燃烧着的石油罐。接着，他们踏着燃烧着的尸骨往前冲。守城军民抵抗了整整7天，退到了还没被大火烧着的最后3个区。最后，无奈被迫投降。术赤下令驱民出城外。市民中年轻的妇女和儿童都沦为了蒙古人的奴隶。所有的工匠被集中在一处，以便遣往蒙古为成吉思汗服务。其余的男性居民被分别列于蒙古军队列之间，全部死于刀箭之下。最后，蒙古军掘开阿姆河堤，引水灌城，玉龙杰赤市顿时一片汪洋。此事发生在公元1221年4月。
摩诃末面对这一局势心惊肉跳，丧魂落魄，原先那副极端愚蠢、不知天高地厚的吹牛和自信的神气不见了，随之出现的是灰心丧气、颓丧不振的精神状态。帝国垮台了，崩溃了。束手无策、一筹莫展的摩诃末竞选择了三十六着中的上着，向南面巴里黑方向逃窜而去。成吉思汗派手下两名最优秀的将领哲别和速必台，再加上脱忽察儿，率领2万骑兵去追击逃犯。惊心动魄的追击战开始了。蒙古军队狂驰1500公里，期间，攻城拔寨，无往不胜。
将摩诃末撵到里海之滨的雷什特市。当地首脑向他表示，可以向他提供十来万军队。但是，一听说蒙古军队正在附近洗劫，这位统治者又吓得六神无主了，因此未能集中各省拟提供的十来万军队。他现在已到了谈蒙古人色变的程度。在他的随从中，有些人见他如此惧怕蒙古人，便愤然离开了他。摩诃末惶惶跑到可疾云。在可疾云，他的一个儿子为他调集了3万军队。如果摩诃末此时指挥这3万军队进行反击，是有可能击败追击他的这支蒙古军队的，因为当时这支蒙古军队是分散成小队活动的。但是，摩诃末又一次放弃了反败为胜的机会，他脑子里的“蒙古恐惧症”又发作了。此时，他没有设法组织军队去袭击敌人，而且自己差一点儿在哈仑被敌人突然抓获。当时他的坐骑被蒙古军射伤，他急忙换乘了一匹马，勉强得以逃脱。他想到巴黑塔惕避难，便策马向哈马丹驰去。蒙古骑兵跟踪紧随而来，在哈马丹同摩诃末的从人展开了一场小冲突。但在这场小冲突中蒙古人并未能辨认出他。摩诃末这时又改变了主意，决定放弃前往巴黑塔惕避难的计划，立即转而返回里海之滨。他突然改变逃跑的方向，使哲别和速必台一度陷入了困惑和茫然境地，失去了跟踪的线索。因此，摩诃末顺利地抵达马三德兰。但是，蒙古军很快又发现了他的踪迹。摩诃末刚到马三德兰不久，蒙古军的先头部队就赶来了。他急忙弃岸登舟，船刚一驶远，后面的箭矢就如雨点般飞来。摩诃末狼狈钻入阿斯特剌巴德以西戈尔甘河河口附近之阿必斯衮小岛。公元1221年1月，这位伊斯兰世界的前君主，这位突厥斯坦、阿富汗和波斯的前苏丹，绝望颓丧，疲惫不堪，惊悸成疾，终于死在了这个孤岛上。
这个胆敢顶撞成吉思汗的人，这个杀害成吉思汗的商队人员而又拒绝赔礼道歉的人，已经一命呜呼了。哲别和速必台已经完成了成吉思汗交给他们的任务。他俩虽然未能活捉摩诃末，但却像追击一只猎物一样使他疲于奔命，将他逼得走投无路而使他倒毙于荒岛。而他们，尽管自渡过阿姆河以后策马奔驰了1600多公里，却仍然像开始出发时那样生龙活虎，精力充沛。他们刚一完成任务，成吉思汗立即又交给他们另一个任务：继续前进，对波斯西北，高加索和俄罗斯南部里海周围地区进行大规模的侦察性袭击。
在这场战争中，阿拉伯——波斯的评论家们无法忘记他们视之为穆斯林世界的阿提拉的那个人给伊斯兰世界带来的苦难和破坏。但是，实际上，这种看法不足以说明问题。事实上，在阿富汗山区进行远征的成吉思汗仍然是蒙古史诗中的成吉思汗，仍然是一个慷慨大度的半人半神式的人物，他仍是那么崇高伟大，在处理一切事情时那么克制有度，公平廉明，头脑清醒冷静。总之，他说话行事仍是那么合乎人情，甚至可以说充满着人道主义精神。他对花剌子模帝国使用武力是出于最公正的理由，是由于花剌子模人屠杀了他派去的商人和使节。不过，蒙古人是接照蒙古的方式来进行这场别人迫使他们进行的合法战争的，因为他们是游牧人，是居住在北方草原或泰加森林的半野蛮人。因此，在阿富汗山区征战的成吉思汗同蒙古史诗中的成吉思汗是一致的。成吉思汗个人在阿富汗山区的所作所为表明，他当时仍是创造历史的最伟大的人物之一。在文化方面，当时的蒙古军队同后来公元17世纪时期美国西部平原上的印第安人差不多处于同一水平。蒙古的亚历山大大帝成吉思汗担任了这支蒙古军队的统帅，这并不是他的过错。