西征前，成吉思汗给每一名蒙古骑兵配备的基本武器装备有皮制的盔甲、少量从敌人那里缴获的锁子铠甲、长枪、短弯刀、狼牙棒、标枪、套索和弓箭。这些装备非常简单，但很实用，尤其适合骑兵冲杀和格斗。盔甲系用干硬的牛皮制成，可有效地防护身体，免遭杀伤。每个士兵还披一件用生丝编织得十分细密的长袍，使敌人很难用弓箭射穿。即使被射中，也只会连箭带布一同插进伤口，军医只须将绸子拉出便可将箭头从伤口中拔出。长枪的枪头用钢铁铸成，形似剑体，中有脊棱，脊旁有血槽，两侧为刃，首成尖锋，利于刺杀；长枪之柄用长木制作，断面呈圆形，利于握持推刺。蒙古骑兵用长枪格斗和刺杀，刺杀时足以刺穿某些防护装具，杀伤力很大。短弯刀利于蒙古骑兵边冲锋，边劈砍。
狼牙棒可用于砸击敌人，也是一种令人生畏的攻击型兵器。用绳索套住敌人的脖子，就像蒙古骑兵经常用绳索套马一样，可使敌人失去抵抗能力。在与敌展开肉搏战之前，蒙古骑兵经常将手中的标枪一齐投向敌人，杀伤一大片敌人。以上格斗兵器随身携带，或置于马鞍上。弓箭是每个士兵最主要的兵器。漠北不产竹，因此蒙古士兵使用的弓是用木制的强弓，弓的张力达75公斤，射程为180～270米左右。箭有两种：一种较轻，箭镞小而尖利，用于远射；另一种较重，箭镞大而宽，用于近战。进攻时，每名骑兵配备多匹马，以便换乘，保持进攻速度和机动作战。蒙古战马也是一种特殊的战马，春夏秋冬都生活在野外，极具忍耐力。每一个蒙古士兵都精于骑射，他们可以在战马快速冲刺时，用弓箭准确地射击敌人，即使后退，也能频频回首将追敌射落马下。
据说，成吉思汗在戈壁沙漠中设有骑兵训练中心。有些士兵从三四岁就开始受训，参加严格的骑马射箭训练。因此蒙古骑兵具有惊人的骑射本领。
成吉思汗还命令新组建的炮军和部分工匠参加西征。这些工匠有的是从金国俘获的，有的是从西夏和畏兀儿部征调来的。成吉思汗将这些能工巧匠编成攻城的工兵部队，随同蒙古骑兵西征花剌子模国。从宋代兵书看，这个时期攻城的专用装备除抛射石弹的炮外，还有掩护攻城土木作业的轒辒车、掩护攀登城墙的木幔和云梯、烧毁城门的火车和猛火油柜、冲撞城门的钩撞车、发射粗如长枪之箭的攻城床弩、用弓弩发射的火箭和火药箭等等。
这些攻城器械最初由北宋军队研制和装备部队，并用于实战，后来在战斗中传到西夏和金国的军队手中。现在，西夏和金国的工匠把这些攻城器械传到蒙古，作为蒙古骑兵西征攻城的利器。
为了便于运载和随骑兵机动，炮军和工兵将大件的装备拆散，用骆驼和战马驮运，攻城时重新组装和架设。
成吉思汗对跟随自己多年的将领和部队充满信心。他坚信，能征惯战的蒙古骑兵将再次击败对手，消灭花剌子模军；新组建的炮兵和工兵将摧毁花剌子模的坚固城垒，为骑兵冲杀开辟通道。
出征前，成吉思汗在斡难河畔举行了盛大的誓师大会，向20万将士发布了西征花剌子模、为被残杀的蒙古商队报仇的进攻命令。誓师完毕后，成吉思汗命令哲别和速不台率领由2.5 万人组成的先遣队和侦察分队先行，自率大军随后跟进。
蒙古骑兵呈数路纵队，队伍从头望不到尾，浩浩荡荡地向西进军。他们首先穿过乃蛮部故地，越过阿尔泰山，到达也儿的石河谷。成吉思汗率大军在此度过夏天，让战马和骆驼利用这里上等的草地恢复体力，而哲别和速不台率部继续西进，为大军开路。
蒙古骑兵一路且行且牧，大约在夏秋之交到达西辽首府虎思斡耳朵。哈剌鲁的马木笃汗、阿力麻里的昔格纳黑的斤汗和畏兀儿部的亦都护王率领各自的兵马，也赶到西辽境内，前来与成吉思汗的大军会师。成吉思汗命令哲别和速不台把蒙军先遣队开到西辽西部边界，并派各路侦察小分队深入花剌子模东部边境地区，侦察花剌子模军队的布防情况。他要求两位先锋官重点加强对讹答剌城的侦察，因为该城将是蒙军进攻花剌子模的第一个目标。
此时，花剌子模军队的总兵力有40 万正规野战部队，相当于蒙军的两倍，处于优势。
但是，花剌子模统治集团内部矛盾重重，妨碍了军队的高度统一和协同作战。摩诃末国王的权力受到母后秃儿罕可敦外戚军事贵族的挑战。花剌子模帝国的建立，得力于突厥和康里部族的军事力量，因此形成了一个有实力的军事贵族阶层。出身于康里部族的母后秃儿罕可敦把持朝政，亲信外戚，让自己的弟侄担任高级军官，控制军队。摩诃末担心集中兵力迎战成吉思汗，得到母后支持的军事贵族会拥兵篡位。因此，他决定分兵把守河中地区的城堡，依托坚固的城防工事进行防御作战。他命令各城守将囤积粮草，加固城垒，准备迎战。
花剌子模东部边境的重镇有讹答剌、不花剌、撒麻耳干、玉龙杰赤等，在锡尔河和阿姆河之间。
讹答剌守将哈只儿汗像他的国王一样，低估了蒙古骑兵的实力，以为把商队杀光，把财货洗劫一空，可以发一笔横财，事情最后会不了了之。听说成吉思汗率20万蒙古骑兵西征，而且首先指向讹答剌城，他极为紧张，连忙把抢来的珍宝奇货分送给摩诃末国王和太皇太后秃儿罕可敦，请求派兵增援讹答剌城。摩诃末国王获悉蒙军将首攻东部讹答剌城，答应了哈只儿汗的请求。他先调5万步、骑兵开往讹答剌城，后派大将哈剌察·哈思哈只不再带1万人马，进一步加强讹答剌城的防御力量。成吉思汗派二名使者到达花剌子模国的新都撒麻耳干，向摩诃末国王下达宣战书，谴责他违背商贸协定和和约。接着，他率领20万大军离开西辽，继续西进，进抵花剌子模最东面的讹答剌城下，全军散开，将该城里三层外三层，围了个水泄不通。
蒙军将讹答剌城包围后，成吉思汗立即兵分四路，采取各个击破的办法，扫荡花剌子模东部边境城市：第一路由察合台、窝阔台指挥，围攻讹答剌城，必须消灭哈只儿汗，为商队报仇，兵力为7万人，由畏兀儿部和炮军、工兵大部协助进攻；第二路由术赤指挥，兵力2.5 万人，向北面发展进攻，攻取毡的和锡尔河下游诸地；第三路由阿剌黑指挥，兵力2万人，向南进攻，攻取忽毡（今塔吉克列宁纳巴德），扫荡锡尔河上游诸地；第四路为中军主力，由他自己和拖雷率领，兵力为8.5 万人，包括1万名护卫亲军，向西南进军，穿过沙漠，直取不花剌城（又作布哈拉，今属乌兹别克），切断新都撒麻耳干与旧都玉龙杰赤之间的联系。
察合台和窝阔台兄弟二人决心一举拿下讹答剌城，将城包围后，即组织突击队，从四面进攻城门，试图打开通往城中的缺口。哈只儿汗知道蒙古人正冲自己复仇而来，不会善罢甘休，现在没有退路，只能背水一战，与城共存亡。他督令将士登上城墙，用弓弩射击企图渡过护城河的蒙军士兵，用滚木和砖石砸击试图靠近城门的蒙军突击队，并加强夜间巡逻和监视，防止蒙军夜间偷袭。
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