到一二一九年六月，成吉思汗亲率蒙古主力（大约十万人）向西侵略，并在中途收编了五万突厥军，一二二零年底，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，一二二一年，蒙古军队消灭花剌子模王国，同年十一月，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。一二二三年，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。
同年底，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。
而在成吉思汗执政期间不仅仅在领土板块上大有作为，更是在体制改革方面做出了非常大的贡献。
比如创建文字，蒙古族原来没有文字，只靠结草刻木记事。在铁木真讨伐乃蛮部的战争中，捉住一个名叫塔塔统阿的畏兀儿人。他是乃蛮部太阳汗的掌印官，太阳汗尊他为国傅，让他造字，掌握金印和钱谷。铁木真让塔塔统阿留在自己左右，“是后，凡有制旨，始用印章，仍命掌之”。不久，铁木真又让塔塔统阿用畏兀儿文字母拼写蒙古语，教太子诸王学习，这就是所谓的“畏兀字书”。从此以后，蒙古汗国的文书，“行于回回者则用回回字”，“回回字只有二十一个字母，其余只就偏旁上凑成。
行于汉人、契丹、女真诸亡国者只用汉字”。而在一个相当时期内，在蒙古本土还是“只用小木”。“回回字”就是指的“畏兀字书”。虽然忽必烈时曾让国师八思巴创制“蒙古新字”，但元朝退出中原后就基本上不用了，而“畏兀字书”经过14世纪初的改革，更趋完善，一直沿用到今天。塔塔统阿创制蒙古文字，这在蒙古汗国历史上是一个创举。正是由于有了这种文字，成吉思汗才有可能颁布成文法和青册，而在他死后不久成书的第一部蒙古民族的古代史——《蒙古秘史》，就是用这种畏兀字书写成的。
在此之前因为蒙古没有文字，所以也就没有文法，早在一二零六年成吉思汗建国时，就命令失吉忽秃忽着手制定青册，这是蒙古族正式颁布成文法的开端。但蒙古族的第一部成文法——《札撒大典》却是十几年之后，在西征花剌子模之前制定的。据《史集》记载，一二一九年，“成吉思汗高举征服世界的旗帜出征花剌子模”，临出师前，“他召集了会议，举行了忽里勒台，在他们中间对自己的领导规则、律令和古代习惯重新做了规定”，这就是所谓《札撒大典》。志费尼在《世界征服者史》中专门写了一章“成吉思汗制定的律令和他兴起后颁布的札撒”，其中说：“因为鞑靼人没有自己的文字，他便下令蒙古儿童习写畏兀文，并把有关的札撒和律令记在卷帙上。
这些卷帙，称为‘札撒大典’，保存在为首宗王的库藏中。每逢新汗登基、大军调动或诸王会集共商国是和朝政，他们就把这些卷帙拿出来，依照上面的话行事，并根据其中规定的方式去部署军队，毁灭州郡、城镇”《札撒大典》已经失传，但在中外史籍中还片断记载了其中一部分条款。在蒙古社会中，大汗、合罕是最高统治者，享有至高无上的权威，大汗的言论、命令就是律法，成吉思汗颁布的“大札撒”记录的就是成吉思汗的命令。成吉思汗的“训言”，也被称为“dafa令”。
纵观成吉思汗戎马一生，雄才伟略，但是在成吉思汗回师后，再次入侵西夏。元太祖二十二年七月十二己丑日（，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），终年六十六岁，死后葬在不儿罕山（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：“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。
此前西夏末代皇帝已经答应投降，成吉思汗去世后，蒙古军密不发丧，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。
而在《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，直到一九五四年才由湟中县的塔尔寺迁回故地伊金霍洛旗，北距包头市一百八十五公里。每年的农历三月廿一、五月十五、八月