巴格达之战
1257年，旭烈兀和他麾下大将郭侃率领的军队抵达巴格达。旭烈兀向巴格达的哈里发穆斯台绥木劝降，遭到拒绝。阿拉伯人警告蒙古人说如果他们攻击哈里发就将受到真主的惩罚。于是蒙古军队开始攻城。
1258年2月10日，巴格达开城投降。蒙古军队展开了长达一个星期的屠城，数十万居民在屠杀中丧生，哈里发穆斯台绥木被纵马踏死，阿拉伯文化历史名城巴格达遭受浩劫。这次屠城被认为是伊斯兰历史中最具破坏性的事件之一。
攻叙利亚之战
元宪宗九年(1259年)九月，元军大将旭烈兀在灭亡波斯木剌夷国和黑衣大食国之后，率军10余万进攻叙利亚。旭烈兀军分三路进攻叙利亚：怯的不花为前锋;拜住为右翼;孙扎克为左翼;旭烈兀为中军。
于九月十二日，旭烈兀军从阿里刺忒前进，越过哈喀儿山，全歼曲儿忒的军队，进入底牙儿别克儿，攻取哲吉莱特城。同时，旭烈兀命其子亦失木忒等，进攻牙发斤城。
旭烈兀大军进入额弗刺特河时，叙利亚大震。纳昔儿王在额弗剌特河流域部署五六万军队防守，并结营于大马士革城北不远的伯儿哲。纳昔儿王得知旭烈兀军已至哈朗，急聚将相议事，因意见不一，将相失和，纳昔儿王几乎被杀。主战将领贝巴儿思投奔埃及。此时，军心涣散。因而，纳昔儿王决定：遣其妃(鲁木算端凯库拔之女)和其子带其宝藏，同诸将之妻子赴埃及。这样，叙利亚的民心、军心、更加惶恐不安，乱作一团。
纳昔儿王派怯马鲁丁乌马儿赴开罗，求救于埃及王。但是，埃及国家内乱，国无君长，无法援助。旭烈兀攻克额弗剌特河畔的华莱特(今土耳其之比雷季克)后，又乘势攻克马布格城。旋即，旭烈兀大军又连克额弗刺特河岸上的奈札姆、札八儿、哈鲁尼忽思、剌失等堡，完全扫平叙军的弗剌特河防线。
旭烈兀突破额弗剌特河防线后，向叙利亚北部重要城市阿勒颇进军，对叙利亚国实施大迂回作战。阿勒颇城由10万军队把守。阿勒颇城的戍兵同义兵，出城防御，见蒙古兵众多旋退回。翌日，旭烈兀军到达城外。守将木阿匝木突兰沙王见蒙古军来势凶猛，下令禁止出战。一部分戍兵同居民不听号令，出屯于班忽撤山(在今阿勒颇东北)，向旭烈兀发起攻击，被旭烈兀击败。接着，蒙古军乘势进攻班忽撤山。班忽撤山屯军和义兵败退奔还，死伤甚重。
旭烈兀进攻阿勒颇北方之阿匝思城(今叙利亚之阿札兹)。阿匝思城在蒙军压力下投降。旭烈兀来到阿勒颇城附近之后，派阿儿哲鲁木王前往谕降，木阿匝木王拒降。阿勒颇城，城壁坚固，兵械亦足。旭烈兀军先沿城掘壕，宽4肱，深5尺，壁高5肱。这一工程，一夜完成。尔后，旭烈兀军从元世祖中统元年(1260年)一月二十四日开始攻城。经7天激战，攻克阿勒颇城。俘虏10万余人。木阿匝木王也在其中。尔后，旭烈兀率军从阿勒颇城，进逼大马士革。
在攻破叙利亚国阿勒颇城后，旭烈兀乘势以大骑兵集团快速南下进攻叙利亚国都城大马士革。叙利亚纳昔儿王得知阿勒颇城失守后，急忙外逃。旭烈兀率军10余万攻克纳木鲁思城后，直趋大马士革。
自纳昔儿离开大马士革后，城内更加慌乱，异密宰奴丁苏黎曼，即以宰奴哈菲齐之名召集诸绅士长开会，决定把城献给旭烈兀，以免流血。旭烈兀赐予锦袍，并命其为叙利亚的大断事官。当时，防守大马士革城有两三万军队尚未降服。
三月二十一日夜，怯的不花的部队开始围攻，并以炮进行猛烈轰击。至四月六日，以城降。怯的不花的部队进入城区后，毁其戍楼过半，并将其一切战具全部销毁。至此，历时两个月的大马士革之战，胜利结束。从此，旭烈兀亦全部占领叙利亚。
此次大战，统治叙利亚多年的艾育伯王朝灭亡，伊尔汗国统治着从元朝(东亚)到阿拉伯帝国(西亚)，从印度到地中海的重要商道。
阿音札鲁特战役
旭烈兀原先计划接下来将挥师经巴勒斯坦直扑开罗，进攻马木留克王朝。但就在此时，一个突发事件改变了阿拉伯世界的命运。
旭烈兀获悉蒙哥汗已于1259年年底在中国死亡，诸兄弟陷入了汗位的争夺，决定率主力东归，只留下怯的不花率领不足万人的骑兵部队留守叙利亚。
1260年9月3日，怯的不花的蒙古军与拜巴尔一世的马木留克军在加利利交战，这场战役最终以埃及军队全胜而告终，这也宣告了蒙古帝国向西方的扩张的终结。