Город Самарканд был тогда окружен поясом недавно возведенных укреплений. Его гарнизон, состоявший из наемников, был очень многочисленным, и, конечно, мало кому из самаркандцев могло придти в голову, что их городу грозит та же участь, которая несколько месяцев тому назад постигла соседнюю Бухару, расположенную на 250 километров западнее.
Даосский монах китаец Чан Чунь, проезжавший через город годом позже, отмечает, что «Самарканд — город каналов. Так как летом и осенью никогда не бывает дождей, его жители повернули течение рек к городу и распределяют воду по всем улицам таким образом, чтобы каждое жилище имело ее в достаточном количестве. До поражения шаха Хорезма в Самарканде было больше 100 000 семей населения… Большинство полей и садов принадлежат мусульманам, но они должны были нанимать китайцев, киданей и тангутов, чтобы выполнять работы и управлять владениями. Дома китайских тружеников разбросаны по всему городу».
Стены знаменитого города были прорезаны четырьмя монументальными воротами. Одни из них, Китайские (или Восточные) ворота, были главными в этой стране торгового обмена, который велся в течение веков между Дальним Востоком и Востоком по различным маршрутам Шелкового пути.
Весной 1220 года Чингисхан со своими войсками появился у стен Самарканда. Оценив надежность его внешних укреплений, хан предпочел дождаться подкрепления: он тщательно разработал план боевых действий и окружил город войсковым заслоном. Когда Угедей и Джагатай подошли к его позициям, гоня перед собой тысячи пленных хорезмийцев, он собрал военный совет, на котором было решено обмануть противника, преувеличив численность монгольских сил. Были собраны тысячи пленных: с них сняли тюрбаны и халаты, чтобы одеть их, как кочевников. Затем, взяв их в кольцо из офицеров Чингисхана, несчастных привели, с монгольскими знаменами впереди, под стены Самарканда. Наемники осажденного города встретили осаждающих выстрелами в упор. Еще раз кочевники применили древнюю тактику, по которой «из тридцати шести военных хитростей ни одна не может сравниться с бегством». Но это бегство было только уловкой: предоставив противнику арестовывать переодетых пленных, монголы вдруг вышли из укрытия и с топорами и саблями набросились на застигнутого врасплох врага, который был вынужден в беспорядке отступить. Жестоко потрепанные воинами хана тюркские наемники дезертировали на пятый день осады города. Нерегулярно получающие плату, отрезанные от городского населения, отличающиеся по языку и обычаям от хорезмийцев, они покинули Самарканд, который, лишившись своих защитников, был принужден капитулировать.
Именитые горожане явились на позиции монголов и получили официальное обещание, что всем, кто покинет город, будет сохранена жизнь. Оставленный своими жителями, Самарканд был разграблен. Несколько сотен непримиримых, решивших сражаться до конца, были зарублены мечами, а часть города стала жертвой огня. Что касается наемников-тюрков, которые думали, что сдавшись в плен спасут свою жизнь, то они были обвинены в предательстве, и персидский летописец утверждает, что 30 000 из них были казнены без малейшего снисхождения. Около пятидесяти тысяч жителей смогли получить свободу за плату: за них потребовали «коллективный выкуп» в размере 200 000 динаров. Те, кто был слишком беден, чтобы заплатить, были завербованы в монгольские войска, где служили подсобной силой и рабочими, а самые умелые мастера были отправлены в Монголию целыми обозами. Говорят, что когда самаркандцы вернулись в свои жилища, их собралось так мало, что не хватило даже на то, чтобы заселить один район города!
Завоеватели-кочевники двинулись затем на север, захватывая новые территории Хорезма. Войскам Чингисхана нужно было всего лишь спуститься по течению Амударьи, между пустынями Кызыл-Кум и Кара-Кум. За несколько месяцев они преодолели расстояние по меньшей мере в 500 километров — к север-западу от Бухары, дойдя до того места, где начинается дельта реки, впадающей в Аральское море.
Как и у других городов, только что завоеванных монголами, основой экономики Ургенча было оазисное земледелие. Столица Хорезма была крупным торговым центром, и ее базары, где продавались специи, пряности, хлопчатые ткани и оружие, свидетельствовали о ее процветании. Здесь город защищали наемники тюрки. Но потому ли, что они предпочли сохранить верность шаху, или считали неразумным доверять монголам, эти солдаты решили защищаться, их поддерживало большинство городского населения. Были тщательно подготовлены запасы провизии, вооружения и воды в предвидении долгой и трудной осады.