成吉思汗离开还在冒着浓烟的不花刺废墟，挥军逆泽拉夫尚河谷而上，移军撒 马尔罕。泽拉夫尚河两岸繁荣兴旺，景色优美，举目所见，尽是令人赏心悦目的公 园，果实累累的果园，绿草茵茵的草地，恬静舒适的别墅，纵横交错的水渠。在泽 拉尚夫河河谷一线，只有答不昔牙和萨里普勒两个要塞试图抵抗成吉思汗的主力。 成吉思汗只留下了几个分队的兵力担任攻取这两个要塞的任务，自己则率主力继续 东进。随主力前进的还有一支由从附近攻陷的城市和沿线的乡镇中抓来的市民和农 民组成的庞大队伍。蒙古军队攻城时要让这些俘虏充当前队。在东进的路上，凡是 不能紧随战马前进的俘虏，都立即被杀死。
撒马尔罕城位于泽拉夫尚河以南7 公里处。该城有许多水渠，渠水引自泽拉夫 尚河。密布的水渠网确保了这个地区土地的肥沃。这些肥沃的土地同周围地区的情 景形成了鲜明的对照：这里到处是肥田沃土，而周围附近地区则是干旱贫脊的土地， 呈现一片光秃秃的荒凉景象。正像河中地区的所有其他城市一样，撒马尔罕市也由 三部分组成。不过，这个城市的三部分是由南而北依次排列，先是城堡，接着是内 城（本城），最后是外城（市郊）。公元13世纪撒马尔罕的本城（内城）在今撒马 尔罕市以北的阿甫刺西牙卜。撒马尔罕城周围有城墙，开有四个城门，东门名曰 “中国门”（这个城门名可以使人回想起当初河中地区与丝绸之路的悠久联系）。 南门名日“巴卜吉失门”（“大门”之意），南门旁边有集市街（主要是出售锅）， 商队客店和堆栈。这条街道人口最稠密（全市人口为50万）。在撒马尔罕，尽管工 人区和集市区很多，但由于这个城市面积很大，市内有很多花园和院子，每幢房子 （不论大小）前面都有这种花园或院子。市内水渠网的四通八达为发展园艺提供了 方便条件。处于大沙漠边缘地区的撒马尔罕的优美与乐趣首先在于它的鲜花装饰， 在于纵横交错的水渠、清澈的水池和人造喷泉的魅力。阿拉伯地理学家曾盛赞该市 的建筑，特别是大礼拜寺。后来巴尔托勒德曾在该市城堡以西阿甫刺西牙卜街发现 了大礼拜寺的遗址。
撒马尔罕的能工巧匠在整个东方都是很有名的。他们生产交织银丝的织物，生 产著名的“撒马尔罕织品”，生产供整个中亚的商人使用的帐篷。锅商区内还出售 各种铜器和精制的酒具。鞍具商区出售各种皮革马具，从喀什噶尔到设拉子，人们 常常争相购买来自撒马尔罕的马具。撒马尔罕的工匠生产的另一种特产是布浆纸。 他们制造这种布浆纸的技术是公元8 世纪从中国人那里学来的。这种布浆纸取代了 穆斯林各国原来使用的纸莎草纸和羊皮纸。撒马尔罕还出口丝织品、棉织品以及果 园里的产品。撒马尔罕甜瓜（装在雪白的铅制盒子里）远销至报达。
这就是成吉思汗于公元1220年5 月前来包围的那个大城市。花刺子模帝国苏丹 在这座城市里留有5 万卫戍部队。卫戍部队的指挥官是他的舅父脱海罕。城墙的工 事，特别是城堡内的工事都已修复，甚至还增修了一些工事。因此，成吉思汗在攻 这座城市时必须谨慎。他的另外三支军队现在已经完成了攻破河中各城镇的任务， 此时也一齐赶到撒马尔罕来同他会师。这三支军队还带来了一批俘虏，以助他围攻 撒马尔罕。例如，他的两个儿子察合台和窝阔台在攻占了讹答刺市以后，驱赶着从 锡尔河中游地区抓来的俘虏来到了撒马尔罕。所有抓来的俘虏都被编成小队，每小 队10人，每队持一面军旗，扮成蒙古士兵，拥至撒马尔罕城下。蒙古人这样做的目 的是欺骗城内守军，使守军误认为这些俘虏也是蒙古军，从而在判断围城的蒙古军 （当然蒙古军人数也很多）的人数时犯错误。
成吉思汗设中军帐（指挥部）于市郊阔克萨莱（即“蓝宫”之意）。他首先花 了两天的时间亲自环绕全城，实地勘察城墙防护、外围工事以及城门的虚实。第三 天，他命令部队开始攻城，把那些扮成蒙古士兵的不幸的俘虏赶在部队的前列。市 内有勇士一队（多是市民，塔吉克人）出城与之战。蒙古人采取灵活的战术，慢慢 地后退，把这些临时组成的步兵引人埋伏地点，然后以骑兵分割包围而全部歼灭之。 总共有5 万撒马尔罕人被如此诱杀。这就大大打击了被包围的该城守军的斗志。这 些守军大部分是康里人（突厥的一种），是花刺子模帝国雇佣军。这些康里人认为， 自己是突厥人，与蒙古人同种，必会被蒙古人以同胞对待。于是，在第五天，康里 人在脱海罕的带领下携行李和家眷来到蒙古军营投降。被守军抛弃了的城内居民别 无办法，也只好投降。城中之法官教正等来见成吉思汗，表示愿献城投降。成吉思 汗向他们许下了令他们满意的诺言。于是他们便回去向蒙古人打开了城门。公元1220 年3 月17日，蒙古军队通过西北门（名日“祈祷门”）开进撒马尔罕城。他们进城 以后，立即动手拆毁城防工事。就像其他处于此种情况下的城市居民一样，撒马尔 罕的居民都被迫出城，以使蒙古军队进行洗劫（因为没有居民在市内，洗劫起来比 较方便一些）。但是，对该城的法官、教正和其他律法师以及伊斯兰教神职人员 （共有几千人），成吉思汗则采取了保护性措施，这些保护性措施都得到了不折不 扣地实施。
但此时城堡还有人把守抵抗。蒙古军于是切断向城堡供水的水渠。夜里，城堡 内半数守卫者（共有1000人左右）逃出了城，剩下的人退入礼拜寺，打算拼死抵抗。 这些人全部被蒙古军杀戮，无一存活。礼拜寺被付之一炬。
至于那些首先投降的雇佣军，他们可说是打错了算盘。大家知道，成吉思汗是 多么憎恶背叛行为，他下令将这3 万名突厥雇佣军（包括其首领脱海罕）斩尽杀绝 了。但成吉思汗对撒马尔罕的市民（多数是塔吉克人）却比较宽容。他只从居民中 挑选了3 万名工匠，将他们分赐给他的儿子、妻妾和各位高级将领。他还从居民中 征发了3 万名壮了随军作役夫。其余的市民（大约还有5 万人），成吉思汗允许他 们在缴纳赎金（共须缴纳20万第纳尔）以后回城。