第壹次西征由成吉思汗父子率領，主要對象是西遼、花拉寺國和中亞的俄羅斯。公元1217年，成吉思汗親自率軍西征，先滅西遼。兩年後，成吉思汗率兵滅掉華拉墨子，越過高加索進入頓河流域，出兵歐洲。公元1223年，決戰在加拉加河上打響，土俄聯軍大敗，俄軍諸侯幾乎全部陣亡。此後，蒙古軍隊回遷。
第二次西征主要由成吉思汗的孫子巴鬥率領，主要目標是東歐和波斯。公元1234年，窩闊臺分別出兵攻打波斯(今伊朗)和欽察、墓葬，基本征服了波斯全境。公元1235年，因為進攻秦察的部隊受阻，窩闊臺派兵增援。次年，軍隊進駐西征，攻克了位於伏爾加河中遊的裏哈爾。1237年，裏海以北地區被蒙古軍隊占領。巴鬥率軍大規模入侵俄羅斯，於公元1237年底攻占莫斯科等14城市。公元1238年攻陷弗拉基米爾，次年攻陷基輔。1240年，蒙古軍隊進攻波蘭和匈牙利。在1241蒙古擊敗匈牙利的戰役中，蒙古人運用靈活的戰術擊敗了匈牙利軍隊，匈牙利軍隊陣亡7萬多人。蒙古人很快征服了佩斯城，殺死了10多萬人。1241年底，窩闊臺死訊傳到軍中，巴鬥率軍從巴爾幹撤至伏爾加河流域。巴都率本部以撒萊為首都，在伏爾加河畔建立欽察汗國。
第三次西征由成吉思汗的另壹個孫子徐烈武率領，目標是西亞各國。公元1253年，托雷之子徐烈武率軍第三次出征，蒙古軍隊進軍西亞，平定了木剌國。公元1257年三月，徐烈武等人壹起西征，直指黑糧之都巴格達。公元1257年冬，旭烈兀、白竹率三軍圍攻巴格達。第二年年初，三軍終於圍了上來，向巴格達發起總攻。蒙古軍隊用火炮石攻擊巴格達，城門被炮火摧毀。二月，穆斯塔西姆率眾投降，阿巴斯王朝滅亡。徐烈武率軍繼續西進，進軍敘利亞，直抵大馬士革，兵力深入西南亞。由於蒙古軍隊被埃及軍隊擊敗，徐烈武被迫停止西進，占領第比利斯，建立伊利汗國。
公元1217年至公元1258年，蒙古帝國先後征服了鹹海以西、裏海以北的欽察、瓦拉墨子，以及東起阿爾泰山至阿姆河的西遼、回鶻，建立了察合臺汗國。鄂畢河上遊至巴爾喀什湖奈曼故地以西，建立窩闊臺汗國；伏爾加河流域的梁贊、弗拉基米爾、莫斯科、基輔等諸侯國建立了欽察汗國；兩河流域的伊朗、阿富汗、敘利亞建立了伊犁汗國，史稱四大汗國。