Первой целью монголов был город Отрар. Этим городом, окруженным стенами, командовал Инальчик Кадир-хан, правитель, приказавший казнить эмиссара хана. Уверенный, что в случае поражения ему не миновать смерти, он сопротивлялся до конца вместе со своими осажденными войсками. Авторы персидских хроник сообщают, что осада города, начавшаяся в сентябре 1219 года, длилась больше месяца и что, когда город был взят, его правитель укрылся в крепости с оставшимися у него воинами. В конце, когда кончились даже стрелы, Инальчик собрал кирпичи, чтобы бросать ими в противника. Когда он был побежден, его, связанного кожаными ремнями, привели к хану, который распорядился предать его показательной казни, видимо, любимой монголами: расплавили серебро, затем влили жидкий кипящий металл в отверстия ушей и в глазные орбиты жертвы.
Под предводительством Джучи второй корпус монгольской армии прибыл в Хорезм по левому берегу Сырдарьи и тотчас же начал осаду города Сугнака. Как обычно, монголы потребовали безоговорочной капитуляции. Когда противник отказался, воины Джучи начали яростный штурм, длившийся целую кровавую неделю, в конце которой осаждающие взяли город и перебили всех жителей, перерезав горло или вспоров животы. Затем пришла очередь города Джента, на Сырдарье, к северу от пустыни Кызыл-Кум.
Тем временем другие монгольские кавалеристы под командованием Алак-Нояна атаковали Бенакет между Ходжентом и Ташкентом. Тюркские наемники защищали его стены в течение трех дней, затем сдались. Но никому из них не было пощады, когда монголы вошли в город. Здесь они тоже собрали всех жителей. Мастера были распределены между сражающимися воинскими подразделениями, часть — оставлена в лагере для отправки в Монголию, тогда как женщины были отданы разным родам. Остальное население попало в воинские единицы, чтобы служить заложниками или живым щитом между осаждающими и осажденными.
Затем наступила очередь Ходжента (Худжанда). Комендант города Темур-Мелик был известен своими военными способностями и мужеством. Он укрылся в крепости, построенной на реке, с тысячью лучших воинов, готовых драться как львы до конца. Персидские летописцы утверждают, что крепость была так хорошо расположена, что врагу пришлось мобилизовать 20 000 воинов и 50 000 пленных, — цифры, очевидно, преувеличенные. Монголы использовали пленных, чтобы построить мост из лодок по всей ширине реки выше укрепленного замка. Затем пленники стали таскать камни, чтобы бросать их в воду вдоль мостика; созданного из поставленных на якорь лодок, и построить таким образом плотину, которая дала бы возможность осушить ров у подножия крепости. Темур-Мелик умно противостоял этим приготовлениям: у него тоже были лодки и он использовал их, чтобы все время тревожить рабочих и их охрану, занятых созданием плотины, перегораживающей реку. Но что могли тысяча человек против монгольской армии? Темур-Мелик, собрав самых смелых и верных ему людей, сумел сесть на лодки на Сырдарье и поплыл по течению; затем он вышел на берег и, несмотря на посланные в погоню за ним вражеские эскадроны, невредимым прибыл в лагерь шаха.
В то время как его люди брали один за другим восточные города Хорезма, хан и его сын Толуй вошли в Трансоксианию (Мавераннахр), область, расположенную между двумя реками — Сырдарья и Амударья. Город Нур был взят хитростью: переодевшись погонщиками верблюдов из каравана, монгольские воины под видом беглецов проникли в предместья, не опознанные часовыми. Дойдя до городских стен, они сумели пробиться, и городские власти, видя, что дело проиграно, капитулировали. Жители были вынуждены покинуть Нур, а правитель выплатить дань в размере 1 500 динаров. Город был разграблен и добыча, погруженная на повозки, сопровождала войска захватчиков.
В начале февраля 1220 года показалась Бухара. Тогда это был один из красивейших городов Хорезма, если не всего Востока. Расположенный на западной оконечности огромного Зеравшанского оазиса на границе с Кызыл-Кумом (пустыня Красных Песков), он был местом пребывания саманидов-иранцев, принявших ислам, затем тюркских династий караханидов и каракитаев. Город был средоточием интеллектуальной и религиозной жизни, и паломники приходили издалека, чтобы помолиться в мечети Пятницы, на могиле Исмаила Саманида. Бухара, славившаяся ткачеством ковров, была торговым центром, находившим заказчиков вплоть до Малой Азии и Египта. Вокруг города бесчисленные ирригационные каналы (арыки) или проложенные под землей трубы (kariz) распределяли благодатную воду. Благодаря системе резервуаров, подъемных затворов, шлюзов вода прибывала в город, где она позволяла стирать шерсть и разводить краски, применявшиеся при ручной выделке ковров. Меньше чем за месяц Бухара тоже падет под натиском армии Чингисхана.