西征军很快就杀入阿拔斯王朝疆域。该朝哈里发已传36代508年，当时由塞尔柱人主导。1257年，旭烈兀和大将郭侃率领的军队抵达巴格达，向哈里发劝降，遭拒。阿拉伯人警告蒙古人说，如果他们攻击哈里发的话，就将受到真主的惩罚。
蒙古人哪里信这个。
旭烈兀先用决堤放水淹没了哈里发的主力军和统帅，接着以一场精彩的围城战迫使哈里发弃城出降。一场历史上罕见的大屠杀展开了，数十万居民死于非命，有着500年文化积累的巴格达城遭受了浩劫，哈里发本人则被纵马踏死。阿拉伯文化历史名城遭受浩劫。这次屠城被认为是伊斯兰历史上最具破坏性的事件之一。
巴格达的陷落，让伊斯兰世界陷入恐慌。旭烈兀连战连捷，在接受亚美尼亚国王以及安龙克国王的归顺后，开始攻打叙利亚。从1259年到1260年，将阿勒颇和大马士革先后攻破，并欲南下攻打埃及。
但是此时，十几年前发生过的一幕，再次让蒙古帝国，甚至世界历史改变脚步——蒙哥在南宋四川地区战死。
蒙哥的死，让诸兄弟陷入皇位争夺中。夺位战争进行了五年，从1259年到1264年，最后忽必烈打败了同父同母的阿里不哥，夺取汗位。旭烈兀便决定不再东归，留驻波斯。几年后，1264年，旭烈兀接受了元朝的册封，成为伊儿汗。他所打下的领土，也成为蒙古帝国四大汗国中的伊儿汗国。
而此时，旭烈兀留在叙利亚的5000兵马在埃及人的攻打下，全军覆没。
旭烈兀很想复仇，但此时各大汗国之间开始明争暗斗直至大打出手，让其无法抽身往西。
而渐渐陷入分裂的蒙古帝国亦从此停止了对西方的征服。
蒙古三度西征后，在被征服地区建立了“四大汗国”：窝阔台汗国、钦察汗国、察合台汗国、伊儿汗国。四大汗国的统治者在血统上均出自成吉思汗“黄金家族”，彼此血脉相连，因而同奉入主中原的元朝为宗主，与元朝驿路相通。
窝阔台汗国于1225年建立，窝阔台即大汗之位后，将此封帝赐给长子贵由。主要领土为现今中国新疆、中亚一带的西辽故土。蒙哥继位后，对窝阔台势力进行镇压及分化。忽必烈迁都北京后，窝阔台汗国拒绝归附忽必烈。
忽必烈在位期间大行汉化政策，引起蒙古诸王公不满。窝阔台嫡孙海都数度起兵作乱，1301年，叛军进犯元朝，大败。1310年，海都之子为察合台汗国所败，遂亡。
察合台汗国建立于1227年，位于现今中国新疆、中亚一带，系成吉思汗次子察合台封地。初领西辽旧地和阿姆河与锡尔河之间的领土。建都阿力麻里，1310年吞并窝阔台汗国，国势达于极盛，其疆域东起吐鲁番，西至阿姆河，北到塔尔巴哈台山，南达兴都库什山。察合台汗国的对外活动，主要是与德里苏丹国开战以及掠夺阿富汗，因为被重重包围，因此军事活动限于掠夺印度。
14世纪中期，察合台汗国分裂为东、西两部。东察合台汗国领有窝阔台汗国旧地，以西辽的疏附为都，后进一步分裂，16世纪先后被并入明。西察合台汗国领有河中之地，以撒马尔罕为都城，1370年被新兴的帖木儿帝国所灭。
钦察汗国于1219年建立，成吉思汗生前曾将所征服的咸海、里海以北的广袤的钦察草原赐给长子术赤为封地。1235年，术赤长子拔都西征罗斯和东欧，辖地广大，东起叶尼塞河，西至多瑙河下游，南迄高加索，北接俄罗斯。1243年西征结束，拔都以伏尔加河下游的萨莱为都，建钦察汗国。因大汗帐色金黄，欧洲人又称其为“金帐汗国”。
拔都后来又将咸海东北之地分封给斡鲁朵，称“白帐汗国”；将咸海以北、西至乌拉尔河之地封给昔班，称“蓝帐汗国”。二者皆以金帐汗国为宗主。自1219年建国到14世纪中叶的100年间为其盛世。蒙古贵族逐渐与钦察草原各游牧部族的贵族合流，改操突厥语，转皈依伊斯兰教，不断与相邻的伊儿汗国争夺阿塞拜疆等地，经常以大军征讨不驯服的俄罗斯王公。
1341年起，国内矛盾激化，内讧不已。在新兴的帖木儿帝国以及崛起的莫斯科公国等的先后打击下，国势日趋衰落。15世纪时，金帐汗国分裂成喀山汗国、克里米亚汗国、阿斯特拉罕汗国、西伯利亚汗国、大帐汗国等国家。15世纪20年代初，作为附庸国的俄罗斯从大帐汗国中独立出来，并灭亡了大帐汗国。
伊儿汗国于1256年建立，位于高加索、伊朗、伊拉克等地，为拖雷三子旭烈兀远征西亚所建的汗国。1264年，忽必烈大汗正式册封旭烈兀为伊儿汗。其国东起阿姆河，西至地中海，北抵高加索，南达印度洋，首都为大不里士。
1295年，合赞汗继位后，全面实行伊斯兰化改革，将其定为国教，以争取众多穆斯林贵族的支持。从政治上，大力推行阿拉伯帝国的传统体制，因此到14世纪初时，伊儿汗国的社会经济得到加强，伊斯兰文化也有很大发展。1304年，合赞汗去世，伊儿汗国内外局势日趋严重。内有诸王争立，权臣争势，内讧迭起；外有埃及王朝和钦察汗国不断侵扰，国运日蹙，陷于分裂。1388年，被帖木儿帝国所灭。
必须说说这个灭掉伊儿汗国之帖木儿帝国——帖木儿出生在西察合台汗国，有人说他是突厥人，蒙古人的血统是自称的，但一般还是把他看成蒙古人。
西察合台汗国内乱时，帖木儿家族扶持与他有姻亲关系的王族侯赛因。1362年，帖木儿右腿因伤致残，故又称“跛子帖木儿”。1364年，帖木儿把侯赛因扶上了大汗宝座。不过五年后的1369年，帖木儿在西察合台政变中杀死侯赛因，自己登上汗位，为维护正统地位，宣布自己是成吉思汗后裔。西察合台汗国由此宣告灭亡。
帖木儿志在把曾经席卷三洲的庞大蒙古帝国再度统一起来。
从1380年开始，帖木儿帝国先后攻占伊朗和久拿不下的阿富汗，进而打下两河流域；1388年征服花剌子模；1388年至1395年，灭伊儿汗国，并多次进攻钦察汗国，毁其首都，统治亚美尼亚和南高加索；1398年进攻印度的图格鲁克王朝，陷德里，屠城10万众，统治北印度。
在此一个世纪前，旭烈兀征服了叙利亚大马士革等城，但随后其5000驻军被埃及人一口吞掉。1400年，帖木儿再度占领叙利亚，并焚毁大马士革。就在帖木儿打算自两河流域北上一举统一金帐汗国时，后方的撒马尔罕发生民族叛乱，只得作罢。
1402年，帖木儿西征由突厥分支建立的奥斯曼帝国，杀至安卡拉。
此时奥斯曼帝国已经把拜占廷帝国逼到山穷水尽的地步，正处于国势之巅。如果不是帖木儿的到来，奥斯曼帝国很快就可以在巴耶塞特一世的率领下彻底端掉拜占廷帝国。
两军交阵，奥斯曼据地利，帖木儿占兵力优势——15万之众，拥有先进的火器、战象，对手只有7万，并且中途4万之众叛变。结果可想而知，奥斯曼军大败，巴耶塞特一世被生俘，奥斯曼元气大伤，一时间无力攻进防守严密的君士坦丁堡。拜占廷帝国在帖木儿帝国的间接作用下，多存在了50余年。
此时，四大汗国的宗主国——元朝，已经亡于朱明王朝。1368年，一统中原的明朝要求帖木儿按元例进贡。帖木儿虽于1388年开始进贡，但实际上一直在伺机待变。打败奥斯曼后，帖木儿精心准备东征明朝——从情报部门了解到，明朝此时的军队动员能力超过百万之众，且有完善的防御系统。对此，帖木儿举全国之力，号称带甲130万，不过实际在70万左右。
在今天看来，这样一支庞大的军队，加上后勤，就算能顺利拿下明朝西部疆界，也绝难通过沿途补给能力薄弱的新疆地界，以形成对中原地区的正面有效打击。
1404年11月，帖木儿兵发朱明王朝，此时朱棣方夺位两年余。
然而历史再一次留下了个遗憾：这两位雄主终是没能一决高低——1405年2月18日，帖木儿在行军途中病亡，大军未与明军发生大规模交战即停止了东征。
帖木儿生前，对领土进行了分封，并指定其长孙为继承人。但其死后，皇室陷入夺权争斗。因指定继承人在阿富汗无法顺利继位，国都撒马尔罕被帖木儿的另一孙子哈里勒占据并自立为汗。二人大打出手，哈里勒打败了法定继承人。之后，帖木儿第四子以报仇为名进军河中，夺取汗位。而此时西边那些被帖木儿征服的奥斯曼人、贾拉尔人、土库曼人已经开始恢复实力并收复失地，帝国在古波斯西部地区失去控制。
1500年，术赤后裔率游牧部落攻占布哈拉和撒马尔罕，建立乌兹别克汗国，帖木儿帝国灭亡。次年，河中的帖木儿势力被灭，又过了五年，呼罗珊的帖木儿势力被灭。残余的帖木儿后人于1526年败入印度，建立印度历史上最伟大的莫卧儿王朝，后为侵入印度的英国殖民军所败。
蒙古对西方的征服战，沟通了东西方的经济和文化联系，把中国的发明，如火药、造纸术、印刷术、罗盘等传到西亚及欧洲等国；同时亦将西方的天文、医学、历算等传入中国。由此可见，蒙古西征杀戮非常，对众多古城造成破坏甚至使其永远化为历史尘烟，但对人类文化交流的贡献，以及揭开现代世界序幕，其功绩则绝非亚历山大可以比拟的。然而蒙古西征军仅止于军事和政治上的征服，于文化和宗教上则多为被征服国所同化，加上军事征服统治的不牢固性，导致其迅速分化及消亡。
