前文提到哲别、速不台率3万骑兵沿巴里黑追击摩诃末。从呼罗珊北部，萨布扎伐尔，沙鲁德，答木罕，伊剌克拉只迷，最后到达今伊朗首都德黑兰。最后将摩诃末狼狈的逼退到里海的一个名叫阿必斯衮的小岛。公元1220年1月花剌子模的国外摩诃末·苏丹悲愤而亡，临死前将王位传给了儿子扎兰丁。扎兰丁遵照父亲的旨意在玉龙杰赤继位，但部分大臣极力反对，并联合起来图谋杀害他。所以，在蒙古军围攻玉龙杰赤之前，他已逃往巴里黑、塔里寒一带，最后跑到哥疾宁(今阿富汗加兹尼)，筹集近10万大军，准备抵抗蒙古军队的来犯。
与此同时，术赤、察合台和窝阔台5万大军已到达攻玉龙杰赤（现名库尼亚－乌尔根奇，位于土库曼斯坦的西北部、阿姆河的南面）城内守将是忽马尔，统帅着11万大军，日夜坚守。该城防卫工事十分坚固。蒙古军在城周围安营扎寨，一面遣使召谕居民投降，一面忙于做攻城前的准备。待攻城的器械齐备后，蒙古军立即向城内发动了全面进攻。
蒙古军队采取了诱敌深入的办法。一日，蒙古派出一小队骑兵逼近玉龙杰赤城门，但无意攻城只是在草原上抢劫牲畜。玉龙杰赤人以为这些人是蒙古人是故意向他们来挑衅，于是他们打开城门欲要彻底消灭这一小队蒙古骑兵，但是蒙古军队却无心恋受伤的野马一样惊慌逃窜，看到蒙古军队撤退助长玉龙杰赤军队的士气，开始全军奋力追击，一直追到离城三十里路远的城郊周围，埋伏哪里的蒙古骑兵从一段城墙后面十几万蒙古骑兵冲出来了，像一群野狼扑向失去方向的羊群，玉龙杰赤军队完全溃败下来，几乎丧失了抵抗力，军士四散奔逃。
同时，一支蒙古军队，尾随逃回城里的玉龙杰赤人，从哈必兰门杀进了城池，杀到名叫迪兀剌的地方，太阳西下时，才结束战斗，但是此时的蒙古军队匪夷所思的却离开了玉龙杰赤城，跑到城外安营扎寨。
第二天早晨，当蒙军先头部队来到城下，城门已经关闭，站在城门上的是花喇子模的一员猛将弗里敦占里，他亲率500人马在城门等候敌军，由于做好的充足的预备准备，屡次击退了蒙古人进攻。
城池久攻不下，让术赤开始着急了，因为成吉思汗答应他已将玉龙杰赤封给了他，所以他希望他这个首都能够完整无损保留下来。所以术赤选择了劝降，但是玉龙杰赤的居民同仇敌忾，坚决不当亡国奴，反而激起了当地居民奋起抵抗的决心。
劝降无果后，只好准备攻城。玉龙杰赤地处草原，没有石块，蒙古军队的投掷器无力可使，他们就将砍伐桑树，渍水增加木头的重量，再将桑木制成炮弹，代替石块供投石器之用。由于玉龙杰赤护城河的壕沟很深，于是蒙古人强迫俘虏运来沙土填沟，又将阿姆河的水引走。万事俱备后开始全面攻城。
蒙古军起初的攻城并不顺利，攻破城门后进入街区，由于居民的顽强抵抗，蒙古军不得不转入巷战，袭击阿姆河桥的3000蒙古兵，无一生存。
连续七个月攻城，玉龙杰城仍然没有全部占领，让蒙古军队损失很大。导致这个结果原因除了城中百姓保护家园而顽强抵抗之外，蒙古军队的最高指挥官术赤和察合台二人不和也是一个重要原因。察合台认为，只有强攻、破坏才能起到震慑作用；术赤认为，城池破坏了，屠杀了百姓，征服无用。因此二人在攻城方针上意见不同一，更谈不上协同作战了，导致军队攻城时速度迟缓、纪律涣散。
成吉思汗听说后，命令窝阔台为总指挥，团结二兄，消除矛盾，整顿军队。在窝阔台统一指挥下，重新部署了攻城作战。用火攻的办法将涂油物点燃射进城内，把石油筒投掷到房屋之上，使全城变成一片火海。在城头巷尾，双方展开了激烈的站斗。蒙古军队与城中的军民对抗了整整7天，终于占领了玉龙杰赤城，公元1221年4月，玉龙杰赤全部沦陷。
由于玉龙杰赤人的顽强抵抗，让伤亡惨重的蒙古人决定报复。他们把城市全部毁掉，把所有的居民驱赶到草原上，从中挑选了10万左右的工匠，送到了东方。最后，成吉思汗下令把剩下的居民分给军队，据一些史书资料，当时围攻玉龙杰赤的蒙古军共5万人，每个士兵屠杀24个人，即屠杀了整整120万人！ 根据志费尼《世界征服者史》记载，乌尔根奇（玉龙杰赤）的11万守军，全部阵亡。工匠和妇女、儿童被当作俘虏，运送到蒙古。乌尔根奇的失守，使河中地区全部被蒙古军占领。