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.
Чингисхан поручил троим из своих сыновей — Джагатаю, Джучи и Угедею — овладеть столицей Хорезма. За ними следовали генералы, которые принимали участие в многочисленных битвах: Кадаан, То лун Черби и Боорчу. В их войсках было около пятидесяти тысяч всадников. Кажется вероятным, что хан пообещал Джучи отдать ему Хорезм. Сын хана, сражаясь ради самого себя, старался избегать бесполезных разрушений, зная, что все, что уцелеет от пожара, будет принадлежать ему. По своему обыкновению монголы отправили к осажденным эмиссаров, требуя безоговорочной капитуляции. Так как власти Хорезма ответили отказом на «предложения» монголов, те решили начать осаду по всем правилам.
В течение многих дней пленники монголов обходили область в поисках тутовых деревьев: так как для катапультов не хватало камней, завоеватели заставляли распиливать стволы деревьев на толстые брусья и затем перевозить их под стены Ургенча. Тем временем, подсобные рабочие засыпали рвы крепости, несмотря на летящие в них стрелы. Дней через десять саперы под прикрытием осадных орудий подошли к укреплениям, чтобы прорыть ходы в кирпичных стенах и разрушить оборонительные сооружения.
Все эти приготовления заняли много времени, и высшим монгольским командованием овладело нетерпение. И вот снова Джучи столкнулся со своим братом Джагатаем. Оба они винят друг друга в медлительности осады. Первый предпочитает подождать еще, тщательнее подготовиться. Второй, более нетерпеливый, настаивает на применении крайних мер. Оба сына хана ищут сторонников среди офицеров. Не имея возможности победить, они хотят убедить. Но все эти споры плохо действуют на генеральный штаб, и дело становится известно Чингисхану. И снова ему удается убедить принять свою точку зрения: братьям-врагам он противопоставляет власть Угедея, которому удается навести порядок.
С того времени, как Угедей взял дело в свои руки, осада Хорезма стала еще более жестокой. Пробив бреши в некоторых передовых бастионах, монгольские диверсионные отряды сумели проникнуть в город. Защитники, полные решимости не сдаваться, сопротивляются с удесятеренной энергией, так как они знают, какая участь их ждет в случае поражения. Защитники и осажденные применяют сырую нефть, поджигая дома, в которых засели группы воинов. Бой идет за каждую улицу, каждый дом. Пускают в ход кинжалы, переходя с этажа на этаж, перерезают друг другу горло в домах, почерневших от пламени. Для кочевников-кавалеристов, привыкших к военным броскам, бесстрашным атакам, эта «городская партизанская война» необычна. Бои изматывают тело и душу. Повсюду улицы Ургенча стали добычей горящей нефти, пламя лижет дома и гонит находящихся в них людей. Улицы устланы трупами. Монголы, персы, турки — все равны в смерти.
Когда монголы захватили часть города, расположенную на одном из берегов Амударьи, им нужно было еще добраться до другого берега. Мост, переброшенный посредине реки, стал театром трагических схваток. Хорезмийцам удалось отбить противников, монгольские войска потеряли в схватке более трех тысяч человек.
Развалины города могут стать для его защитников бастионами и опорными точками сопротивления. Хорезмийцы, устроившись на обломках Ургенча, сопротивлялись при поддержке гражданского населения, прошедшего через ужасающие испытания. Чтобы покончить с этим, Угедей решил поджечь все кварталы, занятые турецкими наемниками. Огонь заставил отступить осажденных, но сотни мужчин и женщин погибли, обуглившись в пламени. После семи дней осады, посреди пожара, Угедей заметил парламентеров, объясняющих знаками, что они хотели бы начать переговоры. Один из уважаемых людей города Али-ад-дин Хайяти умолял Джучи проявить милосердие к последним смельчакам, защищавшим свою столицу: «Яви нам твое милосердие, после того как ты показал свою ярость».