После бегства Мухаммада Чингисхан вступил в переговоры с его матерью Тюркан-хатун и предложил ей заключить мир на достаточно приемлемых (учитывая, что Хорезм потерпел полное поражение) условиях. Этот факт дает основания предполагать, что изначально монгольский хан не собирался полностью уничтожать державу Мухаммада. Кроме того, сыграло свою роль и то обстоятельство, что Хорезм в значительной мере был населен тюрками, которых монголы по причине культурной близости всегда выделяли из числа остальных народов. Чингисхан предложил закончить войну и соглашался оставить еще не занятые им Хорезм и Хорасан с прилегающими землями под властью Тюркан-хатун. Но своевольная степнячка не пожелала о чем-либо договариваться с пришельцами. Этим отказом она окончательно погубила свое государство. Осенью 1220 г. армия под началом Джучи, Чагатая и Угэдэя осадила столицу Хорезма Ургенч. Тюркан-хатун бежала в крепость Илан, которая был взята монголами после четырехмесячной осады. Гордая кипчакская царица остаток жизни провела в Монголии, где жила в ханской ставке на положении служанки.
При осаде Ургенча монголы, пожалуй, впервые с самого начала войны столкнулись с серьезными трудностями, поскольку для тех же самаркандцев или бухарцев монголы были точно такими же завоевателями, как тюрки Хорезма и Дешт-и Кипчака. И потому для них не имело особенного смысла воевать за людей, до нитки обдиравших коренное население. Хорезмийцы же защищали свою родину. Потому овладеть Ургенчем с наскоку не удалось. Передовому монгольскому отряду удалось заманить в засаду совершивших вылазку хорезмийцев и «на плечах» бегущих ворваться в город. Однако горожане сумели вытеснить противника. После этого подтянулись основные силы монгольской армии, численностью в 50 тысяч бойцов. Но защитники Ургенча стояли насмерть. В ходе непрерывного «артобстрела» был израсходован весь запас камней для катапульт, и монголы были вынуждены использовать вымоченные в воде куски тутовых деревьев.
Кроме того, разгорелись споры между давно не ладившими Джучи и Чагатаем. Джучи был категорически против ненужного кровопролития и, где мог, старался обходиться без применения силы. В свою очередь, Чагатай отличался свирепым нравом и, не раздумывая, пускал в дело клинок. Этот конфликт потребовал вмешательства отца, подчинившего своих старших сыновей младшему по возрасту Угэдэю.
Город был взят только в апреле 1221 г. Обозленные столь упорным сопротивлением и значительными потерями, монголы устроили настоящее побоище, истребляя все мужское население, за исключением ремесленников, которых под охраной переправляли в Монголию. Пресытившись убийствами (некоторые источники сообщают что число убитых превысило миллион человек, что, конечно, вряд ли соответствует истине, тем не менее масштабы резни, видимо, были потрясающими), монгольские военачальники стали