西征前，蒙古汗國進行了戰爭總動員，從阿爾泰山脈到黃河之濱征集青壯年入伍。西征聯軍由蒙古軍(8萬～萬人)、漢軍、欽察軍、畏兀兒軍、契丹女真軍、西遼軍、哈剌魯軍等多民族武裝組成，配備炮石火器，攻城器械和筑路，架橋、造船器具，準備了預備馬匹和軍械備件以及充足的軍糧肉食。盡管這支軍隊與花剌了模相比人數不多，卻代表著當時世界上軍事力量的最高水準。特別是其中的蒙古軍從1189年起在成吉思汗帶領下連續不斷地打了30年仗，早已成為一架戰爭機器。

花剌子模征集了40多萬人的軍隊準備迎戰。阿剌丁的戰略方針是全面防守，作戰策略是重兵屯守城鎮，堅壁清野，迫使蒙古軍退兵。具體戰略部署是：將軍隊主力配置在錫爾河、阿姆河及河中地區，分城據守，防御中心設在都城撒麻耳干(今烏茲別克斯坦撒馬爾罕)和舊都玉龍(今土庫曼斯坦庫尼亞烏爾根奇);將戰略預備隊配置在河中地區待命機動，準備在撒麻耳干外圍地區與蒙古軍進行戰略決戰。

從1220年起，蒙古軍在花刺子模展開河中戰役及阿姆河流域諸城戰役。這一地區的撒麻耳干、玉龍杰赤、不花剌3個城市的戰略地位十分重要。都城撒麻耳干是花剌子模的戰略防守中心。1219年秋，成吉思汗與拖雷率主力軍，以速不臺部為前鋒，渡錫爾河南下，攻克和招降了沿途的數座城鎮，于1220年3月包圍了有“伊斯蘭教羅馬”之稱的西域名城不花剌(今烏茲別克斯坦布哈拉市)。

成吉思汗圍攻不花剌時，采取了先緊后松、圍三闕一、運動殲敵的戰術：先以精銳的先鋒軍在不花剌的12座城門下屯營，后續部隊隨即包圍外城四周，驅使以戰俘為主組成的“哈沙爾”軍擺開強盛的攻勢，然后故意示弱于某處，網開一面放出守軍，隨后在蒙古軍擅長的運動戰和野戰中殲滅之，以減輕攻堅戰的消耗和損失。當花剌子模的大將闊克汗帶領兩萬名守軍退出不花剌城后，蒙古軍緊迫至阿姆河邊展開戰斗。闊克汗全軍被殲。

如果以歐洲騎士的標準來看，蒙古騎兵充其量算是一種輕騎兵。因為蒙古騎兵的裝甲多為皮革制成，輕便堅韌，雖然其防護性不及歐洲重裝甲騎兵身上的鎖子甲，但負擔輕，容易保持長時間的戰斗力，此外穿著它不會像穿鐵制鎧甲那樣在嚴寒酷暑時節成為難以忍受的酷刑。

成吉思汗從未像西方軍的首領一樣對兵種的武器進行嚴格的分工，加之不像歐洲和中亞軍隊使用的武器那樣笨重，所以蒙古騎兵隨身攜帶各種武器，可以完成不同的任務。蒙古騎兵隨身攜帶的武器通常有弓箭、馬刀、長矛、狼牙棒。

值得一提的是蒙古人的弓箭。他們的弓箭較長較大，需大約相當于80公斤的力量才能拉開(電視劇《馬可·波羅》中有馬可·波羅始終無法拉開蒙古人硬弓的場面)，射程遠，是蒙古騎兵的最重要的殺傷武器。此外，蒙古騎兵常常根據個人愛好裝備其他武器，譬如套馬的繩套和網馬的網套。這在正規的西方軍隊看來是匪夷所思的，也是防不勝防的。

蒙古軍隊同生活在中國北方的其他游牧民族一樣，從小玩的玩具就是弓箭，一到成年就可以算是職業軍人了。由于在嚴酷的環境中長大，蒙古人大都具有極為堅韌耐勞的性格，爬冰臥雪為常事，遠距離跋涉更是其從小的習慣。對物質條件的不講究使蒙古軍隊的后勤負擔很輕。蒙古軍人擁有東方和西方農耕定居民族所缺乏的連續作戰的意志和能力，這是西方養尊處優的貴族騎兵們和中國中原地區穿上軍裝的農民永遠比不上的。這種從艱苦環境和游牧制度中磨煉出來的精神上的素質優勢就是蒙古軍在天才統帥成吉思汗指揮下能夠橫掃中亞和歐洲的最主要的奧秘所在。