术赤率军北上，沿锡尔河左岸进军，进抵昔格纳黑城下（今哈萨克契伊利东南）。术赤派一个名叫哈散哈只的伊斯兰教徒进城劝降，但是该城守将拒绝开城投降，下令杀死使者。术赤大怒，下令立即攻城。他命令随军的部分炮军和床弩兵狠狠地射击城头上的守军，同时命令工兵架设云梯，掩护突击队登城。他将部队编成梯队，轮番冲击，连续攻城，七天后终于攻入城中。术赤下令屠城。然后，术赤攻下昔格纳黑西北的八儿真城，向毡的逼近。毡的守将弃城而逃，该城居民自动组织抵抗。蒙军用炮弩攻击，架设云梯，从四面八方爬上城墙，攻入城内。该城居民来不及组织起来，便投降了。术赤没有屠杀居民，但命令部下洗劫了全城。
然后，他命令已归顺他父亲的伊斯兰教徒阿里火者为毡的城长官，镇抚居民。他率主力继续向西北进军，攻克养吉干。术赤部肃清了锡尔河下游的花剌子模军，驻扎在哈剌忽木之地，休整过冬。阿剌黑部溯锡尔河而上，攻取别纳客忒，然后进抵忽毡城下。他们遇到顽强抵抗。该城守将名叫帖木儿灭里，号称铁王，率部抗击蒙军达数月之久，给蒙军攻城部队造成很大伤亡，然后主动放弃忽毡城，率领精锐部队乘预备船只渡河，撤到河中心的预筑城堡，继续抵抗。阿剌黑部为河所阻，无计可施，命令随军工匠加紧修造船只，准备渡江，向河中心的城堡发起强攻。帖木儿灭里每天派兵乘船到岸边，袭击蒙军。
成吉思汗听到阿剌黑的报告后，马上派兵押送5万名战俘来增援。这些战俘被分别编队，在蒙军的监视下，从12公里外的地方搬运石头填河，日夜不息。帖木儿灭里见状，便主动放弃江中城堡，率部分人乘船只，顺流而下，向锡尔河下游逃跑。蒙古骑兵沿河两岸追击，往江中放箭。阿剌黑派人抄近路通知术赤，在下游帮助拦截。术赤紧急征用当地船只，用铁链连成一体，在毡的附近的江面上一字排开，组成一道拦阻防线，并在两岸部署军队，严阵以待。帖木儿灭里部飘到毡的城附近时，远远望见江中布满船只，河道被拦断，急忙弃船登岸。蒙古骑兵奋力追杀，帖木儿灭里只身逃回旧都玉龙杰赤。阿剌黑部占领忽毡后，稍事休整，即向费尔干纳地区进攻。
当其他三路蒙军攻城掠地、歼击花剌子模军时，成吉思汗与幼子拖雷率中军主力横渡锡尔河，向不花剌城方向进军。他们一路上并未遇到激烈的抵抗，进军顺利。成吉思汗派使者先后招降了途经的咱儿讷黑（位于锡尔河左岸）和讷儿城（今乌兹别克努拉塔城），征集了一大批壮丁作“哈沙儿”（即俘虏队），随军行动，充当攻城时的先头掩护队，并征缴了一大笔税款。这两座城镇的居民免遭屠杀。
成吉思汗和拖雷率部穿过大沙漠，于1220 年2 月进抵不花剌城下。不花剌城分内外二城，外城很大，城墙坚固高大，四周设有 12 门。守军有2万人，守将为库克汗。摩诃末派重兵把守新都和旧都，忽视对二都之间的不花剌城进行防守。
成吉思汗已先派归顺的花剌子模人进城侦察，摸清守军情况，计划采取蒙古骑兵野战的战法，即1213年攻打金军怀来和缙山要塞的战法，先将不花剌城团团围住，然后从三面猛攻，故意在其后方网开一面，引诱守军出城向后方逃跑，此时即派蒙古骑兵预备队换乘快马，追杀逃敌，将其歼灭于运动中。
成吉思汗命令诸将带队布阵，将不花剌城围得水泄不通。库克汗看到蒙军里三层外三层，将不花剌城团团围住，知道大势不好，以区区2万人马，加上贪生怕死的居民，无论如何也抵挡不住成吉思汗的8.5万大军。他计划夜里率部突围，不死守不花剌城了。
半夜时分，成吉思汗命令哲别和速不台率3万精骑待命，其余部队编为各个梯队，从东、北、南三面猛攻不花剌城，故意不攻面向守军后方的西面。蒙军炮手不断地抛射石弹，砸毁了城垛，砸死砸伤城头上的守军无数；弩兵用床弩发射火箭和火药箭，烧毁城楼，同时发射粗如长枪的大箭，直接杀伤守军；突击队推着底座带有车轮和车厢的云梯，即士兵躲在车厢里推车，进抵城墙下，用绳索和转轴升起车顶的云梯，将折叠成两段的云梯打开，搭上城墙，一部分士兵在下面固定云梯底座，其他士兵则登上云梯，向城头攀登。
本来就打算在半夜逃跑的库克汗见状大惊：如果不马上逃跑，就没有机会了。他派人通知仍在城头上坚守的部队，不许后退一步，誓与不花剌城共存亡，然后自带亲信和1万多人从蒙军未攻击的城西出逃。负责监视城西敌情的哲别和速不台见敌出逃，传令全体将士上马，待命追击。当敌军差不多全部逃出，后面开始有老百姓跟着出城时，哲别和速不台才下令追击，开始一场蒙古骑兵得心应手的追杀。他们散开队形，分成多路纵队，一直追杀到阿姆河边，将从不花剌城逃出的花剌子模人斩杀殆尽。
第二天黎明，被守军抛弃了的居民打开城门，欢迎成吉思汗进城。数万蒙古骑兵从各个城门涌进外城。城中的富人、教长和法师纷纷贡献谷物和金币。成吉思汗把外城的全体居民集中到广场上，向他们发表了演讲，告诉他们：因为他们的国王和大臣不仁不义，杀死450名蒙古商人，抢劫了所有的财货，所以苍天派他带着蒙古骑兵来惩罚他们这些有罪的人。不花剌城的教长和绅士们默认了成吉思汗的征服理论。但是，内城有数百名守军和无数居民拒绝投降，居高临下，用弓弩射击，抛掷砖石，打死打伤不少蒙军士兵。
成吉思汗继续用进攻外城的战法进攻内城，并驱赶战俘和不花剌人冒着内城守军的箭石，用死尸和木石沙土填平内城外的壕沟。然后，他让不花剌人走在前面，蒙军突击队携带火攻器材紧随其后，突击队后面是严阵以待的蒙古骑兵纵队。蒙军突击队用不花剌人当替死鬼，靠近内城的城门，开始用火攻法破坏城门。
蒙军突击队这次使用的火攻装备叫猛火油柜，是由北宋汉族工匠发明的，从宋军手中传到金军手中，后来传到蒙军手中，现在正好派上用场。猛火油柜实际上是一种原始的火焰喷射器，用类似风箱的金属柜装满猛火油（石油），推拉拶丝杖，就像推拉鼓风箱一样，把柜中的油挤压出柜顶的巨筒口，点燃火药，引燃油，即成熊熊烈火，既可烧毁城门，也可喷射人马。突击队烧毁城门，突入内城，继续焚烧内城守军据守的房屋，把内城变成一片火海。
成吉思汗命令骑兵出击，将内城军民肃清，统统赶出外城。内城的拚死抵抗使成吉思汗恼怒，他下令屠杀了三万多名不花剌城男性军民，把妇女和孩子当作奴隶分给部下，同时抽调一批壮丁编入俘虏队，最后放火将不花剌城烧成废墟。
至此，四路蒙军除阿剌黑部外，基本上完成了各自的作战任务，他们下一个进攻目标将是花剌子模的首都。成吉思汗知道擒贼先擒王、斩草除根的必要性，还特别关注将摩诃末国王擒获。
点击收藏 小提示：按键盘CTRL+D也能收藏哦！