С наступлением темноты обе армии отошли с поля сражения. Мухаммед вернулся в Бухару, а монголы — навстречу армии Чингисхана, выступившей в поход в конце 1218 года. Мухаммед не решился вступить в бой с главными силами монголов и отступил к Самарканду, оставив сильные гарнизоны в ряде крепостей. Чингисхан с основной массой войска двинулся на Бухару, отрядив сына Джучи к реке Сейхун и городу Дженду, а двух других сыновей, Чагатая и Октая, — на Отрар.
В марте 1220 года Бухара была взята и разграблена, а 20-тысячный гарнизон почти полностью перебит. Та же участь постигла и Самарканд с 40-тысячным гарнизоном. Войско Мухаммеда постепенно разбегалось. Его остатки отступили в Иран. 24 мая 1220 года 30-тысячный монгольский корпус под командованием Джебэ и Субедэ перерезал пути отступления хорезмского войска, 24 мая заняв Нишапур. 30-тысячное войско Мухаммеда рассеялось, не приняв боя.
Тем временем Джучи после семимесячной осады занял хорезмскую столицу Ургенч. Историки утверждают, будто бы монголы уничтожили 2400 тысяч жителей города, но эта цифра преувеличена до абсурда: вряд ли все население городов Хорезма намного превышало данную величину.
Армия Чингисхана взяла Балх и Талекан. Сын Чингисхана Тулуй полгода осаждал Мерв, который взял в апреле 1221 года с помощью 3 тысяч баллист, 300 катапульт, 700 машин для метания бомб с нефтью и 4 тысяч штурмовых лестниц.
Вскоре после падения Мерва умер Мухаммед, и борьбу с монголами продолжил его сын Джелаль-эд-Дин. Ему удалось собрать большое войско и разбить 30-тысячный отряд монголов у Кабула. Против Джелаль-эд-Дина двинулся Чингисхан с основными силами. 9 декабря 1221 года между ними произошла битва на берегу реки Инд. Монголы разгромили фланги хорезмцев и прижали их центр к Инду. Джелаль-эд-Дин с четырьмя тысячами уцелевших воинов спасся вплавь.
В последующие годы монголы закончили покорение Хорезма и вторглись в Тибет. В 1225 году Чингисхан с богатой добычей возвратился в Монголию.
Отряд Субедэ (Субедея), пройдя через Северный Иран, в 1222 году вторгся на Кавказ, разбил войско грузинского царя, взял Дербент и через Ширванское ущелье вошел в половецкие степи. Монголы нанесли поражение войску половцев, лезгинов, черкесов и аланов, а в начале 1223 года совершили набег на Крым, где захватили Сурож (Судак). Весной они вернулись в половецкие степи и прогнали половцев к Днепру.
Половецкий хан Котян попросил о помощи своего зятя, галицкого князя Мстислава. Тот собрал в Киеве совет южнорусских князей, на котором было решено выставить объединенное войско против монголов. Вместе с половцами оно сосредоточилось на правом берегу Днепра у Олешья.
Князья Даниил Волынский и Мстислав Галицкий с тысячью всадников переправились через Днепр и разбили передовой отряд монголов. Однако этот успех погубил русско-половецкое войско. Не имея ясного представления о силах противника, оно двинулось за Днепр в половецкие степи.
Через девять дней союзники подошли к реке Калке (Калец). Тут проявилось соперничество двух наиболее могущественных князей — Мстислава Киевского и Мстислава Галицкого. Киевский князь предлагал обороняться на правом берегу Калки, а галицкий князь вместе с большинством других князей и половцами 31 мая 1223 года переправились через реку. Передовой отряд Даниила Волынского и половецкого полководца Яруна внезапно наткнулся на главные силы Субедэ и был обращен в бегство. Беглецы смешали ряды дружины Мстислава Галицкого. Вслед за ними в расположение главных сил русского войска ворвалась монгольская конница Русские дружины в беспорядке бежали за Калку и далее к Днепру. Спастись удалось только Мстиславу Галицкому и Даниилу Волынскому с остатками своих дружин. Шесть князей, в том числе Мстислав Черниговский, погибли.
Монголы осадили лагерь Мстислава Киевского. Его дружине удалось отбить несколько атак. Тогда Субедэ обещал за выкуп отпустить Мстислава с воинами восвояси. Однако когда русские вышли из лагеря, монголы захватили их в плен, а Мстислава Киевского и двоих союзных ему князей казнили страшной смертью. На несчастных положили доски, а на них восседали пирующие монгольские военачальники.
Поражение русских войск было вызвано разногласиями русских князей и более высокой боеспособностью монгольской легкой конницы. К тому же армия Субедэ и Джебэ получила возможность бить противника по частям Монгольское войско в битве на Калке насчитывало до 30 тысяч человек Данных о численности русско-половецкой армии нет, но, вероятно, она была примерно равна монгольской.