西征前，蒙古汗国进行了战争总动员，从阿尔泰山脉到黄河之滨征集青壮年入伍。西征联军由蒙古军(8万～万人)、汉军、钦察军、畏兀儿军、契丹女真军、西辽军、哈剌鲁军等多民族武装组成，配备炮石火器，攻城器械和筑路，架桥、造船器具，准备了预备马匹和军械备件以及充足的军粮肉食。尽管这支军队与花剌了模相比人数不多，却代表着当时世界上军事力量的最高水准。特别是其中的蒙古军从1189年起在成吉思汗带领下连续不断地打了30年仗，早已成为一架战争机器。
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花剌子模征集了40多万人的军队准备迎战。阿剌丁的战略方针是全面防守，作战策略是重兵屯守城镇，坚壁清野，迫使蒙古军退兵。具体战略部署是:将军队主力配置在锡尔河、阿姆河及河中地区，分城据守，防御中心设在都城撒麻耳干(今乌兹别克斯坦撒马尔罕)和旧都玉龙(今土库曼斯坦库尼亚乌尔根奇);将战略预备队配置在河中地区待命机动，准备在撒麻耳干外围地区与蒙古军进行战略决战。
从1220年起，蒙古军在花刺子模展开河中战役及阿姆河流域诸城战役。这一地区的撒麻耳干、玉龙杰赤、不花剌3个城市的战略地位十分重要。都城撒麻耳干是花剌子模的战略防守中心。1219年秋，成吉思汗与拖雷率主力军，以速不台部为前锋，渡锡尔河南下，攻克和招降了沿途的数座城镇，于1220年3月包围了有“伊斯兰教罗马”之称的西域名城不花剌(今乌兹别克斯坦布哈拉市)。
成吉思汗围攻不花剌时，采取了先紧后松、围三阙一、运动歼敌的战术:先以精锐的先锋军在不花剌的12座城门下屯营，后续部队随即包围外城四周，驱使以战俘为主组成的“哈沙尔”军摆开强盛的攻势，然后故意示弱于某处，网开一面放出守军，随后在蒙古军擅长的运动战和野战中歼灭之，以减轻攻坚战的消耗和损失。当花剌子模的大将阔克汗带领两万名守军退出不花剌城后，蒙古军紧迫至阿姆河边展开战斗。阔克汗全军被歼。
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如果以欧洲骑士的标准来看，蒙古骑兵充其量算是一种轻骑兵。因为蒙古骑兵的装甲多为皮革制成，轻便坚韧，虽然其防护性不及欧洲重装甲骑兵身上的锁子甲，但负担轻，容易保持长时间的战斗力，此外穿着它不会像穿铁制铠甲那样在严寒酷暑时节成为难以忍受的酷刑。
成吉思汗从未像西方军的首领一样对兵种的武器进行严格的分工，加之不像欧洲和中亚军队使用的武器那样笨重，所以蒙古骑兵随身携带各种武器，可以完成不同的任务。蒙古骑兵随身携带的武器通常有弓箭、马刀、长矛、狼牙棒。
值得一提的是蒙古人的弓箭。他们的弓箭较长较大，需大约相当于80公斤的力量才能拉开(电视剧《马可·波罗》中有马可·波罗始终无法拉开蒙古人硬弓的场面)，射程远，是蒙古骑兵的最重要的杀伤武器。此外，蒙古骑兵常常根据个人爱好装备其他武器，譬如套马的绳套和网马的网套。这在正规的西方军队看来是匪夷所思的，也是防不胜防的。
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蒙古军队同生活在中国北方的其他游牧民族一样，从小玩的玩具就是弓箭，一到成年就可以算是职业军人了。由于在严酷的环境中长大，蒙古人大都具有极为坚韧耐劳的性格，爬冰卧雪为常事，远距离跋涉更是其从小的习惯。对物质条件的不讲究使蒙古军队的后勤负担很轻。蒙古军人拥有东方和西方农耕定居民族所缺乏的连续作战的意志和能力，这是西方养尊处优的贵族骑兵们和中国中原地区穿上军装的农民永远比不上的。这种从艰苦环境和游牧制度中磨炼出来的精神上的素质优势就是蒙古军在天才统帅成吉思汗指挥下能够横扫中亚和欧洲的最主要的奥秘所在。