大蒙古汗国建立后，南边与西夏、金朝为邻，西边与畏兀儿、哈剌鲁相接，在蒙古草原以北森林地带，还有一些部落没有降服。泰和七年（1207年），成吉思汗派遣长子术赤去征服森林地带的“林木中百姓，经过艰苦的战斗，取得了胜利”。这样便巩固了后方。紧接着，便开始对外发动大规模的战争。主要分两个方面，一方面是南下进攻西夏和金朝，另一方面是西征中亚。
（一）南征西夏和金朝
泰和四年（1204年）铁木真消灭乃蛮部之后，统治的土地已经与西夏相接。泰和五年（1205年），蒙古军以西夏接纳逃亡的乃蛮贵族为借口，攻入西夏境内大肆抢掠，但很快便退回。
大蒙古汗国建立的第二年，成吉思汗亲自率军侵入西夏，历时五个月才退出。这两次军事行动都属于实力侦查的性质。到嘉定二年（1209年）春，蒙古军队发动大规模进攻，连克名城，包围西夏首都中兴府（今宁夏银川）。西夏向金朝请求援助，遭到拒绝。大安三年（1211年）初，西夏纳女称臣，成吉思汗才退回蒙古草原。
蒙古与金朝的关系是很复杂的。蒙古部的首领俺巴孩曾被金朝杀害，但成吉思汗等人曾配合金朝军队对塔塔儿部作战，并因此受过金朝的封号。在泰和六年（1206年）建立大蒙古汗国后，成吉思汗曾到边境向金朝进贡，金章宗派遣叔父卫王完颜永济接受贡献。完颜永济为人软弱无能，成吉思汗轻视他，对他很不礼貌。
泰和八年（1208年）金章宗死后，无子，完颜永济嗣位。金朝派遣使臣将即位诏书传送蒙古，成吉思汗问使者：“新君为谁？”金朝使者回答说：“卫王也。”成吉思汗向南方吐了一口唾沫，骂道：“我以为中原皇帝都是天上人做，这种无用软弱的人也能做吗？我才不拜他呢！”立即跳上马背走开了。
成吉思汗归附金朝不过是一种策略手段，他早已经有意对金朝用兵，现在昏庸无能的卫王做了皇帝，正是出兵的好时机，所以他利用这一机会与金朝决裂。
西夏称臣后，成吉思汗消除了来自侧翼的威胁，拆散了金、夏之间的联系。于是，大安三年（1211年）的春天，他便在克鲁伦河畔聚众誓师。按照蒙古人的习俗，他登上高山，祈求上天帮助，为祖先报仇雪耻。他发动了对金的战争，就是以报仇为借口进行的。
这一年七月，蒙古军突破了金朝用来防御草原游牧民进攻的边墙，在也狐岭（今河北张北）大败金军。蒙古军进而围攻中都（今北京），金兵坚守，相持不下，蒙古军退兵。崇庆元年（1212年），成吉思汗亲自率领军队围攻西京（今山西大同），打败金朝派来的援军，但在攻城中中了流矢，便退回到阴山附近。
至宁元年（1213年）秋，成吉思汗集结军队，再次攻金。在怀来（今河北怀来）大败金朝丞相完颜纲和术虎高琪指挥的军队，金朝死伤的将士“如烂木般堆着”，金军精锐在这一仗被消灭殆尽。
蒙古军乘胜来到居庸关前。居庸关是中都西北的重要关隘，一过居庸关，就是平原，无险可守，因此金朝在这里布置了重兵固守，设下了严密的防御工事。成吉思汗避实就虚，由山间小路绕到关后。然后分兵三路，连破山西、山东、河北和辽东的许多州县。
到贞祐二年（1214年）春，属于金朝管辖的华北平原的广大地区，只有中都、真定等十一个城未被攻破。三路大军掠夺了大量人口、牲畜、财物之后，在中都附近集合，准备攻城。
正当蒙古军在华北平原上驰骋时，金朝宫廷中发生了政变，皇帝完颜永济被权臣谋害，金宣宗（完颜珣）继立。金宣宗面对内外交困的局势，只好向蒙古求和，献出公主（完颜永济之女），加上大批金帛、童男女、马匹，由丞相恭送蒙古军出关。
这一年五月，被蒙古军吓破了胆的金宣宗不顾一部分贵族官僚的反对，将朝廷迁到汴京（今河南开封），留下大臣完颜成晖镇守中都。成吉思汗闻讯，便派军队包围了中都，金朝由河南派遣军队来救援，中途被击溃。中都孤立无援，城中发生饥荒。贞祐三年（1215年）五月，完颜成晖自杀，城中军民投降，蒙古军占领了这座华北平原上的名城。
兴定元年（1217年）起，成吉思汗集中全力西征，把对金战争交给左手万户木华黎全权负责，封他为太师国王。木华黎率领蒙古军和归附的其他各族武装，逐步占领了河北、山西、山东的大片土地。
（二）西征中亚
1.征服西辽
当大蒙古汗国建立时，它的西边有畏兀儿，居住地是以别失八里（今新疆吉木萨尔）、哈剌火州（今新疆吐鲁番）为中心的新疆东部地区。
哈剌鲁，居住在今巴尔喀什湖东南的伊犁河、楚河流域。在畏兀儿和哈剌鲁以西，则是西辽和花剌子模汗国。辽朝灭亡时，皇族耶律大石率领一支军队西行，建立了一个国家，仍以辽为国号，历史上称为西辽，也称为哈喇契丹（黑契丹）。
西辽的统治地区以河中（今锡尔河和阿姆河中间地区）为中心，首都是虎思幹耳朵（今吉尔吉斯斯坦共和国托克马克附近），一度是中亚最强大的国家，畏兀儿和哈剌鲁都成为其藩属，受它的控制。
西辽以西是花剌子模，它位于咸海以南，首都玉龙杰赤（在阿姆河下游）。13世纪初，花剌子模算端（算端是统治者的称号）野心勃勃，到处扩张势力，辖地已经达到今天的伊朗、阿富汗的广大地区，并曾打败西辽。
西辽在畏兀儿地区派驻少监，横征暴敛，对畏兀儿的亦都护（统治者的称号）巴而术阿儿忒的斤和他的部属加以百般凌辱。巴而术阿儿忒的斤得知成吉思汗统一蒙古建立国家的消息后，便于大安三年（1211年）将少监杀掉，归顺蒙古。成吉思汗给予畏兀儿亦都护以优厚的待遇，按照游牧民族收养子的习惯，承认亦都护为第五子，又把女儿许给他为妻。自此，畏兀儿成为蒙古的藩属。
畏兀儿的归附，有着重要的意义。畏兀儿人有较高的文化，他们对大蒙古汗国的行政管理起了很大的作用。畏兀儿地区位于东西方交通的要道，商队必经之地，成吉思汗通过畏兀儿对西方的情况有了更多的了解。
紧接着，居住在海押立地区（今伊犁河中游北岸）哈剌鲁人首领也杀死了西辽的少监，摆脱了与西辽的藩属关系，投向蒙古。阿力麻里（今新疆伊犁地区）的哈剌鲁首领当时正在反抗西辽的统治，很快也归附了成吉思汗。这样，大蒙古汗国便与西辽发生直接接触了。
蒙古灭乃蛮时，乃蛮王子屈出律向西逃走，几经曲折，来到西辽。西辽皇帝耶律直鲁把女儿嫁给他，并支持他招集乃蛮旧部。屈出律势力渐渐强大起来，便乘西辽与花剌子模之间交战的时候，发动突然袭击，囚禁了西辽皇帝耶律直鲁，夺去了帝位。
屈出律称帝后，强迫当地人民放弃伊斯兰教，改信佛教或景教，对当地人民敲诈勒索，奸淫烧杀，引起了强烈的反抗。成吉思汗知道这些情况后，便于1218年派遣大奖哲别领兵两万出征屈出律。
哲别进入西辽境内后，宣布信教自由，从而得到广大伊斯兰教信徒的支持。屈出律犹如惊弓之鸟，不敢与蒙古军交锋，狼狈逃窜，后被巴达哈伤（今阿富汗八达克山）地区山民捉获，送交蒙古军处死。蒙古征服了西辽，便和花剌子模接壤。
2.攻灭花剌子模
花剌子模这时正处于鼎盛时期。它与蒙古发生关系较早。成吉思汗在草原上崛起的消息，很快传到中亚，引起了花剌子模算端的注意。他派遣使者来到东方，侦查蒙古的虚实。贞祐二年（1214年），成吉思汗接见了使者，提出了双方派遣使臣、商人互相来往，交换商品，彼此和好，为了表示自己的诚意，他用很高的价格买下了花剌子模商队的货物，同时派遣使臣和四百余人组成的庞大商队回访。
蒙古使臣见了算端，但是花剌子模讹答剌城（今哈萨克斯坦共和国境内锡尔河右岸）的长官把蒙古汗国的商队扣留，经过算端的同意，讹答剌城的长官下令杀死商队中的所有商人，没收全部货物，但是商队中有一人设法逃走，回到了蒙古，向成吉思汗报告了事情发生的经过。
成吉思汗闻讯后大怒，感到遭受了前所未有的奇耻大辱。他奔上高山之顶，脱去帽子，以脸朝地，祈祷了三天三夜，说：“我非这场灾祸的挑起者，赐我力量去复仇吧。”
下山以后，他派遣使者到花剌子模，向花剌子模算端提出质问，并警告说，自己打算讨伐花剌子模，要算端做好准备。花剌子模算端又武断地杀死了成吉思汗派去交涉的正使，其余剃去胡须后放回。这件事进一步加深了成吉思汗对算端的仇恨。但由于西辽未灭，加上对金用兵，就暂时搁置了下来。在消灭屈出律、征服西辽后，他就开始对花剌子模采取行动了。
兴定三年（1219年）秋天，成吉思汗率领蒙古军和其他民族的军队，共十余万人，出征花剌子模，花剌子模貌似强大，实际上内部矛盾重重，各怀异志。面对强大的敌人，算端摩诃末根本无法组织军队进行决战，只能采取分兵把守要塞的办法，把希望寄托在蒙古军大掠后会自行退兵上。但是，经过对西夏和对金朝战争的锻炼之后，原来长于野战的蒙古军，在攻坚方面也具有很强的能力。
面对严密设防的讹答剌、撒马尔罕（今乌兹别克斯坦共和国）、不花剌（今乌兹别克斯坦共和国）、玉龙杰赤等城，成吉思汗对花剌子模的进攻采取了“扫清边界，中间突破”的战略。花剌子模的新都撒马尔罕在不花剌以东，旧都玉龙杰赤在不花剌西北。国王驻新都，母后秃儿罕驻旧都。
成吉思汗首战的目标是攻取讹答剌等边界城市，同时亲率中军进攻不花剌，目的在于避实击虚，从中间突破，切断花剌子模新旧二都之间的联系，使其首尾不能相顾。
蒙古军队每攻下一个城池，就对该城的居民进行大肆的杀戮，并抢劫财物，纵火焚烧各种建筑，使这些城市都受到了毁灭性的打击。有的城市（如讹答剌、玉龙杰赤）则被夷为平地。这场战争打得最激烈的地方就是讹答剌城，长官海儿汗最后被活捉。成吉思汗为了给被杀的商队和使臣报仇，融化了银液灌在海儿汗的眼睛里。
花剌子模在当时的中东地区相当强大，他们的国王摩诃曼苏丹，号称世界征服者。中东地区和相邻的欧洲诸国都十分惧怕他，连斡罗思的不少公国，也常常被他们袭扰，以致花剌子模的集市上常常有斡罗思人被拍卖。
摩诃曼苏丹不可一世、目空一切，他除了对母后有所忌惮之外，将西辽人、乃蛮人全不放在眼里。对于蒙古人，开始他知之甚少，太后的兄弟海儿汗贪财害死了蒙古商队，他并不赞成，也不知情，但因为太后支持国舅，他也只得以强硬的态度对待蒙古的使团。当时他真的相信那是一群野蛮的异教徒，骑着像兔子一样矮小的马，根本不堪一击。他第一次在西辽边境同哲别率领的蒙古小股部队遭遇的时候，才领略了蒙古部队的战斗力。
面对着蒙古大军的进攻，摩诃曼苏丹拒绝了集中兵力决战的正确建议，采取了分兵把关、各自为战的被动挨打的战略。而当蒙古大军日益逼近时，他又放弃首都，放弃天险，率众逃跑，从未组织过一次像样的抵抗。
根据成吉思汗的命令，蒙古名将哲别、速不台率军追击摩诃曼苏丹。成吉思汗要求他们要像猎犬一样咬住自己的猎物不放，即使其躲入山林、海岛，也要像疾风闪电般追上去。躲入山林的秃儿罕王后被迫投降了，逃往海岛的摩诃曼苏丹也悲惨地死去。
摩诃曼苏丹死后，哲别、速不台又挥军北上，进入钦察草原与斡罗思地区。因术赤与察合台意见不合，玉龙杰赤久攻不下。成吉思汗命令窝阔台为前线指挥，最后才攻下玉龙杰赤城。
不可一世的花剌子模被消灭了，钦察骑兵和斡罗思诸公国也一败涂地，古印度河、伏尔加河一带成为激烈争夺的战场。花剌子模的王子札阑丁率领残部进行抵抗，在八鲁湾之战中一举消灭了近三万蒙古兵。但花剌子模大势已去，札阑丁被成吉思汗围困在申河边上，最后突围逃往印度。
3.接见丘处机
在战胜札阑丁之后，成吉思汗回到大雪山（今兴都库什山）山麓过冬。兴定六年（1222年）四月，成吉思汗接见中国北方道教全真派的首领长春真人丘处机。日本学者称之为是为西征送去的一股清风。丘处机是道教全真派的掌门人，成吉思汗待他也如同朋友一般。丘处机与成吉思汗的相会时间不长，但是在成吉思汗人生道路上起的作用却相当大，使其性格也发生了重大变化。
丘处机住在山东，成吉思汗听说他有长生不老之术，专门派遣使者召他前来。丘处机进谒时坦率地告诉成吉思汗说：“人是不能长生不老的，只有卫生之道，没有长生之药，并劝说成吉思汗要‘以敬天爱民为本’。”接见丘处机之后不久，成吉思汗决定结束西征，循原道回师，经过两年多的跋涉，在正大二年（1225年）春回到斡难河的营地。
（三）攻灭西夏
当成吉思汗西征时，曾要西夏出兵相助，遭到西夏大臣阿沙敢不的拒绝。成吉思汗对此深为恼怒，为了对花剌子模用兵，他没有立即对西夏采取行动。在西征胜利后，他急于回师的原因之一，就是为了攻打西夏。
正大三年（1226年）初，成吉思汗率领大军，进攻西夏，势如破竹。阿沙敢不战败被俘。十一月，两军在灵州（今宁夏银川南朵儿篾该）决战，西夏将士虽奋力抵抗，但没能挡住蒙古骑兵的冲击，终于失败。灵州陷落后，蒙古军进围西夏国都中庆府。经过长期的包围之后，中庆府粮尽，到正大四年（1227年）六月又发生强烈的地震，灾上加灾。西夏国王被迫请降。成吉思汗在出征西夏前已因打猎坠马得病，这时因水土不服，病势更加严重，他自知很快要死，下令死后秘不发丧，待西夏国王前来谒见时便把他杀掉。这年七月十二日，成吉思汗病死，终年66岁。死后第三天，西夏国王出降被杀，中庆府也被洗劫一空，城中居民不是惨死在刀下，就是沦为奴隶。
