经过1220年夏季的休整，蒙古主力在入秋后继续采取军事行动。窝阔台、察合台军奉命沿阿姆河西北行，与术赤会师于玉龙杰赤城下，去攻克这个花剌子模的旧都。成吉思汗与拖雷则由河中西进，逾阿姆河扫荡呼罗珊地区。
成吉思汗三个儿子率领的军队。在玉龙杰赤城下围攻数月不能得手。术赤和察合台互相不服调遣，纠纷日深，只好“差人来说：‘如今俺三人内听谁调遗？’太祖（指成吉思汗）教听窝阔台调遣”。翌年夏，城克。术赤因为早已将此地视作自己的势力范围，不愿意过分破坏它。但在他两个弟弟的坚持下，蒙古军还是把全城居民赶出城外，从其中挑选出数万名工匠，把余下的人口全数分配给手下将士，对成年男子实行集体屠杀。妇女儿童则被掳为奴婢。蒙古军又决阿姆河堤，灌水入城中，藏匿在城中欲躲避兵祸的居民尽溺死水中，玉龙杰赤这个古代中亚的著名都会从此成为废城。三兄弟把军前掳掠所得全部瓜分，连给父亲的“分子”也没有留出，恼得成吉思汗后来“三日不许三子入见”。
强渡阿姆河的战役由拖雷指挥。花剌子模军队在对岸“筑十余垒，陈船河中”。蒙古军采纳汉人将领郭宝玉建议，待风涛暴起。发火箭延烧河中船舰，乘大火抢渡，击败5万守河敌军。拖雷由是率先进入呼罗珊。成吉思汗本人则趋兵东南行，去攻拔阿姆河北岸的战略要塞忒耳迷（今译捷尔梅兹，在乌兹别克南境）。经过11天强攻，忒耳迷城下。全城居民按例在城外被“有比例地分给军士”，遭受灭绝性屠杀。
在屠城过程中。有一妇人以献出一颗大珠子为条件，乞求免于一死。“但当他们索取珠子时，她说：‘我吞下
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