成吉思汗擊滅突厥乃蠻太陽罕后，太陽罕之子屈出律投奔西遼，并乘西遼國勢不穩(wěn)，招集舊部，培植本族勢力，于1211年襲占西遼國都虎思斡兒朵(今吉爾吉斯托克馬克以東），滅西遼而代之。屈出律進而謀復乃故國，乘蒙軍正與金朝作戰(zhàn)之機，派人赴乃蠻舊境招集舊部。1217年成吉思汗得知消息，恐其死灰復燃，決定遣兵西征。次年，蒙將速不臺、者別、術赤大破屈出律于碎葉城(今吉爾吉斯托克馬克附近），屈出律向西北逃遁，被者別追殺。蒙古盡得西遼之地，遂與花剌子模接壤。
花剌子模是占據中亞阿姆河下游的一個強大的伊斯蘭教國家，其疆域東北至錫爾河，西南至波斯灣，東南至印度河，西北至阿哲兒拜占，擁兵40萬，積極準備向東擴張。成吉思汗致書其國王阿拉丁，表示希望修好，通商互利，阿拉丁回書表示同意。但當蒙古商人攜帶大量貨物到達錫爾河附近的訛答剌城時，被花剌子模將領全部殺害。成吉思汗聞訊極為震怒，當即決定率蒙軍主力西征。
1219年秋天，蒙軍主力經烏魯木齊至伊犁，直趨錫爾河。成吉思汗決定先分兵攻取各處城堡，然后會師花剌子模都城撒馬爾干(今烏茲別克中部撒馬爾罕）。蒙將察合臺和窩闊臺率部圍攻位于錫爾河畔的訛脫拉耳，由于該城兵精糧足，久攻5個月未下，后由于守將哈伊爾汗和哈拉札汗不和，遂被蒙軍攻克。與此同時，蒙將術赤率軍沿錫爾河北進，攻屠昔格納克及八兒真、額失那斯等城。蒙將阿拉黑在10月底攻陷伯納克特城后，轉攻浩罕城，浩罕守將棄城逃往烏爾達赤。蒙將拖雷率領主力軍，以速不臺為先鋒渡過錫爾河，逼降賽爾奴克。1220年3月，拖雷進攻布哈爾，布哈爾守將率軍突圍，在阿姆河畔被殲。成吉思汗在焚毀布哈爾后。率全軍東趨撒馬爾干。
花剌子模國王阿拉丁得知蒙軍前來，倉惶逃離撒馬爾干。成吉思汗乃命者別、速不臺各率萬騎追擊，同時令拖雷率部作為后援，進攻呼拉商，平其未平之地。成吉思汗自率大軍合圍撒馬爾干，花剌子模將領被迫出降。成吉思汗在此整軍數月，然后來到特爾米城下，攻破該城。并于秋天令術赤、察合臺、窩闊臺率軍往攻花剌子模舊都烏爾達赤。1221年2月開始，蒙軍在經過6個月的進攻后攻克烏爾達赤，然后縱火焚城，并決開阿姆河將城淹沒。
花剌子模國王阿拉丁從撒馬爾于逃至哥疾寧，又經巴爾黑逃往伊剌黑(今伊拉克）的可疾云城。者別、速不臺聞訊，從合耳拉耳(今伊朗德黑蘭東）率軍急追。阿拉丁最后逃到地中海的一個島嶼上，病死在那里。者別與速不臺轉而掃蕩高加索山南北地區(qū)，攻掠庫木、哈馬丹等，逼使亞賽爾拜然國王請和。這年冬天，者別和速不臺率軍屯駐黑海沿岸的木罕，不久突然進攻亞賽爾拜突國西北的喬治亞國，重創(chuàng)喬治亞軍，然后轉攻馬剌合國。1221年3月底攻破其城。蒙軍北還途中，攻破阿爾塔比勒、撒拉卜、拜勒寒等城，通過阿兒蘭國都城干札，回攻喬治亞，全殲喬治亞軍3萬人，爾后東掠設里汪國，破其都城沙馬乞，并進拔打耳班城。乘勝北逾高加索山，進擊奇卜察克。奇卜察克國王聯絡阿蘭國合兵抗拒，蒙軍先擊滅阿蘭國軍隊，然后攻入奇卜察克境內。奇卜察克人逃往乞瓦(今基輔），蒙軍尾隨追擊至斡羅思(即俄羅斯）界上。斡羅思迦里赤王密赤思老與南部諸王組成聯軍進至的涅培兒河畔，向蒙軍發(fā)起攻擊，者別和速不臺分兵兩路，一路過端河(今頓河）從正面迎擊斡羅思聯軍，一路至亞速海東南往黑海方向進擊。蒙軍為誘敵遠離其境，示弱后退，在孩兒桑重創(chuàng)聯軍，繼而將其包圍，全殲聯軍近10萬人。然后乘勢直入斡羅思南境，進掠克里米亞半島。年底，者別、速不臺奉命班師，歸途中擊破窩勒迦、哈馬兩河上游的不里阿耳部，取道撒速惕城，擊敗康里部，與成吉思汗大軍會合。奉命攻取呼拉商的拖雷部，于1220年11月進攻呼拉商都城你沙不耳城不克，轉攻撒卜咱瓦兒城。次年1月，進逼塞爾柱克國故都蔑而甫，屠城后回師你沙不耳城，破城后大肆屠殺。接著攻克海拉特城，東返塔里堪，與成吉思汗會師。
這時，花剌子模國王阿拉丁之子札蘭丁聯絡各部六七萬騎兵，向巴魯安方向前進，成吉思汗令失吉忽突忽率軍3萬迎戰(zhàn)。蒙軍初戰(zhàn)失利，成吉思汗急率全軍馳援，札蘭丁被迫向印度河方向逃跑，成吉思汗追至印度河畔，札蘭丁軍大潰，本人鳧水而逃。1222年6月，成吉思汗因西征目的已基本實現，設官監(jiān)治占領土地，班師返回和林(今蒙古鄂爾渾河上游）。第一次西征至此基本結束。
1234年，蒙古窩闊臺汗召開諸王大臣會議，決定繼承成吉思汗的事業(yè)，繼續(xù)西征。1235年，由于進攻欽察的軍隊受阻，窩闊臺決定派強大的西征軍增援，由術赤之子拔都總領諸軍。1236年秋天，拔都率大軍抵達窩勒迦河下游草原地帶，拔都得知斡羅思布里阿耳部在其右方，奇卜察克部在其左方，而波而塔斯、毛而因等部則雜處于蒙軍與布里阿耳部和奇卜察克部之間，遂決定先進擊布里阿耳部，然后席卷整個斡羅思。
速不臺率部迅速擊敗布里阿耳部。迫其請降。接著拔都令蒙奇進擊奇卜察克部，也大獲全勝。窩勒迦河沿岸斡羅思諸部皆為之震懾，向蒙軍投降，整個里海及高加索山以北地區(qū)相繼落入蒙軍手中。
1237年12月，蒙軍進逼物拉的米兒國，破其勒也贊、克羅姆納兩城，并由此進迫莫斯科，一舉將其攻占。然后蒙軍東趨該國首都物拉的米兒城，1238年2月將其攻破。蒙軍接著北趨與物拉的米兒、斯摩棱斯克為鄰的諾夫果特國，后因春暖雪融，轉趨西南水草豐美之地休兵。不久，拔都分兵進取郭爾在斯科，遭到該國國王瓦西里的抗擊，拔都又命哈丹、不里兩將率部前去助攻，兩個月后占領郭爾在斯科。蒙軍繼續(xù)向窩勒迦河、頓河下游前進，于秋天再敗奇卜察克，迫其余眾逃往匈牙利。這年冬天，拔都率軍至烏拉爾山西北麓，分兵掃蕩靠近黑海的蔑里姆部和阿速部，至1239年初，蒙軍已將斡羅思東南諸部全部討平。1240年拔都率軍進逼斡羅思南部最大的城市乞瓦，乞瓦守將棄城逃走，經匈牙利逃向波蘭。斯摩棱斯克國王入守乞瓦，后被加里西亞國王驅逐。12月初，蒙軍攻破乞瓦，由此進至加里西亞，其國王亦逃往匈牙利。至此，斡羅思全境均為蒙軍所控制，拔都于是準備對波蘭和匈牙利發(fā)動進攻。
為了一舉擊潰波蘭、波希米亞、日爾曼及匈牙利各國，拔都作出如下部署：以一部直趨波蘭，先擊破波蘭、日爾曼、波希米亞，以阻止它們對匈牙利的援助，爾后向多瑙河方向進擊，同主力軍會合于匈牙利首都布達佩斯附近；以一部牽制東羅馬帝國，以防備其可能對匈牙利的援助，并向匈牙利東南方向推進，爾后亦指向布達佩斯；主力軍則徑向布達佩斯突擊。1241年3月，蒙將貝達爾所率的右翼軍突入波蘭克拉克和森的米兒，擊潰波蘭軍隊，進而攻取拉迪貝爾，沿奧得河西北行進，至西里西亞都城布累斯勞，因該城防守嚴密，貝達爾舍城不攻，繼續(xù)向西挺進，在里格尼志城下全殲西里西亞、日耳曼、波蘭、波希米亞聯軍3萬人，然后經拉迪貝爾、莫利維亞至波希米亞、奧地利邊境，轉向匈牙利與主力軍會合。拔都親率的主力軍侵入匈牙利境后，匈牙利國王急忙征集各地軍隊布防都城。拔都將主力分為兩路，一路由速不臺率領，從羅馬尼亞達蘭西勒宛尼亞山隘前進，一路由其自率直往布達佩斯。布達佩斯城內發(fā)生動亂，一些將領率軍奔向保加利亞。拔都與速不臺會合后，乘機發(fā)起進攻，在賽音河畔全殲匈牙利軍，爾后攻入布達佩斯，焚城后離去。蒙將哈丹率領的左翼軍，此時亦攻克魯丹城，完成了對匈牙利全境的占領。
次年4月，正當拔都準備在歐洲展開新的攻勢時，窩闊臺汗去世的消息傳來，拔都于是下令全軍東返。歷時6年的拔都西征，至此結束。
蒙哥汗即位后，決心繼承先輩的事業(yè)，再次下詔西征。1252年，任命拖雷之子旭烈兀為統帥，率軍遠征西亞伊斯蘭教國家。
當時伊斯蘭教尚有兩個國家保持獨立，一是建都巴格達的黑衣大食國，一是立國于麥門底斯的木剌夷國。1252年7月，旭烈兀派乃蠻人怯的不花率1.2萬人先期出發(fā)。1253年10月，旭烈兀率數萬大軍西進。次年夏天，旭烈兀先平定土耳其斯坦。1256年1月，旭烈兀率軍渡過阿姆河。這時，怯的不花所率的先鋒軍已與木剌夷軍交戰(zhàn)多年，攻奪數城，先后殲滅木剌夷軍5萬人。旭烈兀進至撤瓦，命部將庫喀伊爾喀率軍助怯的不花，會攻禿溫城。攻克該城后，旭烈兀經徒思城至哈不衫城，遣使赴麥門底斯城勸木剌夷國王投降。木剌夷國王鑒于蒙軍壓境，無力自保，于5月向蒙軍洽降，請求寬限一年。旭烈兀認為其缺乏誠意，從11月上旬開始攻城。10多天后，木刺夷國王被迫投降。旭烈兀命其下令全國各部投降，對拒守不從者則予以屠殺。
旭烈兀滅亡木刺夷后，將大軍集結在哈馬丹附近略事休整，進而謀伐黑衣大食國。1257年9月，旭烈兀遣使赴巴格達，勸黑衣大食國王投降，遭到拒絕，旭烈兀遂率軍向巴格達疾進。12月中旬，蒙軍分3路進迫巴格達，先擊敗前來阻擊的黑衣大食軍，然后完成對巴格達的包圍。黑衣大食眼見難以抵御蒙軍，被迫出降，歷時500余年的黑衣大食王朝滅亡。此后，旭烈兀又西行千里，進至天方(今阿拉伯地區(qū)），攻下18座城池，大肆蹂躪巴爾蘇丹、敘利亞等巴爾干半島及地中海沿岸國家。
1259年冬天，當旭烈兀進至亞洲西南端欲進攻埃及時，得知蒙哥汗去世的消息，乃命怯的不花駐守敘利亞，大軍立即東歸。
從1217年至1258年的近半個世紀中，蒙古鐵騎橫掃亞歐大陸，通過3次西征，先后征服和占領了許多國家和地區(qū)，在今咸海以西里海以北的欽察、花剌子模和東起阿爾泰山西至阿姆河的西遼、畏兀兒，建立了察合臺汗國；在鄂畢河上游以西至巴爾喀什湖的乃蠻舊地，建立了窩闊臺汗國；在伏爾加河流域的梁贊、弗拉基米爾、莫斯科、基輔等地，建立了欽察汗國；在兩河流域的伊朗、阿富汗、敘利亞等地，建立了伊利汗國，合稱4大汗國，從而形成了世界歷史上前所未有的龐大帝國。
