在金朝的东北地区，1212年，契丹人耶律留哥在辽东起兵反抗金朝，并宣布归附蒙古，耶律留哥和蒙古联军打败前来征讨的六十万金朝军队，1213年，耶律留哥自称辽王，1215年春，耶律留哥攻克金朝东京(今辽宁省辽阳)，并占领金朝东北大部分地区。1215年十一月耶律留哥秘密与其子耶律薛阇带着厚礼前往漠北草原朝觐成吉思汗，成吉思汗极为高兴，赐给耶律留哥金虎符，仍旧封他为辽王。

为了远离蒙古的威胁，1214年6月27日，金宣宗离开中都，迁都汴京，得知金朝皇帝离开，成吉思汗下令入侵中都，蒙古军在1215年5月31日占领中都，金朝在黄河以北之地陆续失守。

占领中都后，成吉思汗返回蒙古草原，1217年，成吉思汗任命大将木华黎为“太师国王”，让他负责继续入侵金朝，经过木华黎和他的儿子孛鲁十年的战争，到1227年成吉思汗去世前夕，蒙古军队基本占领金朝黄河以北的所有领土，金朝的领土仅局限于河南、陕西等地(当时的黄河取道江苏北部的淮河入海)。

正当金朝危在旦夕时，中亚的花剌子模王国惹怒蒙古，成吉思汗性急，转而报仇，暂时无暇顾及继续入侵金朝。

1218年春季，成吉思汗派遣的蒙古使团到达花剌子模王国，强迫摩诃末苏丹签订与蒙古的条约。条约签订后，花剌子模城市讹答剌长官杀死路过此城的一支来自蒙古的由500人穆斯林组成的商队，夺取货物，仅有一人幸免于难逃回蒙古，成吉思汗派三个使臣前往花剌子模向摩诃末交涉，结果为首者被杀，另外二人被辱，成吉思汗更加愤怒，决定入侵花剌子模。

1218年，成吉思汗派大将者别灭西辽，杀死西辽末代皇帝屈出律，平定西域。西征花剌子模进兵路上的障碍被扫除了。

1219年六月，成吉思汗亲率蒙古主力(大约十万人)向西侵略，并在中途收编了5万突厥军，1220年底，一直被蒙古军队追击的花剌子模算端摩诃末病死在宽田吉思海(今里海)中的一个名为额别思宽岛(或译为阿必思昆岛，已陆沉)的小岛上，并在临死前传位札兰丁。蒙古军先后取得河中地区和呼罗珊等地，1221年，蒙古军队消灭花剌子模王国，1221年十一月，成吉思汗率军追击札兰丁一直追到申河(今印度河)岸边，札兰丁大败，仅仅率少数人渡河逃走。

当初，成吉思汗命令速不台和者别率领二万骑兵追击向西逃亡的摩诃末，摩诃末逃入里海后，他们率领蒙古军继续向西进发，征服了太和岭(今高加索山)一带的很多国家，然后继续向西进入钦察草原扩张。1223年，者别与速不台于迦勒迦河之战(今乌克兰日丹诺夫市北)中击溃基辅罗斯诸国王公与钦察忽炭汗的联军，然后又攻入黑海北岸的克里木半岛。

1223年底，者别与速不台率军东返，经过也的里河(今伏尔加河的突厥名，又译亦的勒)，攻入此河中游的不里阿耳，遭遇顽强抵抗后，沿河南下，经由里海，咸海之北,与成吉思汗会师东归。在东返途中，者别病逝。

成吉思汗回师后，再次入侵西夏。元太祖二十二年七月十二己丑日(1227年8月25日)，在蒙古军围困西夏首都时，成吉思汗病逝于今宁夏南部六盘山(一说灵州)，终年66岁，死后葬在不尔罕山(今肯特山)接近斡难河源头的地方，其死因至今众说纷纭，《元史》记载：“(1227年)秋七月壬午，不豫。己丑，崩于萨里川啥老徒之行宫。”

成吉思汗去世前向儿子们交代了灭金朝的战略：“假道宋境，包抄汴京。”后来窝阔台和拖雷灭金朝，采用的就是成吉思汗的这个战略。

此前西夏末代皇帝李已经答应投降，成吉思汗去世后，蒙古军密不发丧，李开城投降后，按照成吉思汗遗嘱被杀，蒙古军将领察罕努力使西夏首都中兴府(今宁夏银川)避免了屠城的命运，入城安抚城内军民，城内的军民得以保全。

《元朝秘史》记载“成吉思坠马跌伤”。罗马天主教教廷使节约翰·普兰诺·加宾尼在《被我们称为鞑靼的蒙古人的历史》称成吉思汗是可能是被雷电击中身亡。

在内蒙古自治区西部的鄂尔多斯高原上，有一座蒙古包式建筑宫殿，是成吉思汗的衣冠冢，它经过多次迁移，直到1954年才由湟中县的塔尔寺迁回故地伊金霍洛旗，北距包头市185公里。每年的农历三月廿一、五月十五、八月十二和十月初三，为一年的四次大祭。