1219年成吉思汗以讹答剌事件为由，率师远征花剌子模。当时该国是个农商发达，人口稠密，城市林立，文化水平较高，军队庞大，武器精良，称雄中亚的国家。这次战争，双方动员百万，历时七载（1219——1225年），铁骑征迹，遍及万里。
在这次战争中，蒙古军队从学到了许多西域的先进技术扩大了智识面。在这次西征中，使目不识丁的草原创业主成吉思汗和广大蒙古将士，接触到了从来末接触过的地理环境、经济文化生活、语言文学、风俗习惯、宗教信仰以及外军智识。这样使头脑敏捷、悟性髙、反映快、会推理、能联想的成吉思汗，学到了许多常人领会不到的新事物，大大提高了他的聪明才智和统帅艺术。
广收西域技术人才。成吉思汗在西征中，曾发布两项政策：第一、每攻克一地，即选取技术熟练之技术人才，送往国内，因此规定，凡屠城“唯工匠得免”。第二、实行奖励政策，不惜高官厚禄，以鼓励发明创造。1222年蒙军攻克玉龙杰赤后，即“选为数超过十万的工匠艺人送至东方”。攻破撒麻耳干后，又选“取工匠三万人，分赏其诸子诸妻、诸将”。这对蒙军兵器的发展起了重要作用。
仿造西域攻城武器。成吉思汗在前线建立了兵器制造厂，令一批当地技术熟练的工匠，就地取材，仿造攻城工具。1221年托雷进攻你沙不儿时，守城军民在“城上置发弩机三千，发石机五百。蒙古军久攻不克，乃退治工具，就绪后，“亦对城设置发弩机三千，发石机三百，投射火油机七百，云梯四千，炮石两千五百担”。这些远战兵器，不是蒙古军自己创造的，也不完全是从中国带去的，而是从西域学会的。
仿用火油武器。彭大雅说：“其灯，草炭以为心，羊脂以为油”。可见当时蒙古还没有发现火油，可这时西域却发现了火油，而且成功地应用于战争。1220年蒙军进攻撒麻耳干时，对方“用火油筒和方簇箭进行激战。成吉思汗的军队同样用火油筒，礼拜五清真寺及其中的一切，被今世之火焚烧一空”。史载：成吉思汗在西征中亦曾使用过毒火罐和烟幕，以掩护部队进攻。
学会希腊火。对这种新式武器，西方人称之为“希腊火，东方人称之为火焰投掷机。这种兵器是利用杠杆的作用，将一种杀伤力很强的“希腊火”，投掷到敌人城堡里去，以杀伤敌人，烧毁城镇。顾名思义，“希腊火”显然不是蒙古人首创，而是西域人发明的。加宾尼说：“蒙古人攻城时，先把它包围起来，昼夜不停地轮流进攻，弄得对方痹惫不堪，然后他们就把希腊火投掷到城堡里去”。毁其城，屠其民。
仿用回回刀。蒙古军个人所用兵器，有弓、矢、枪矛、投镖之外，还有“环刀、效回回样，轻便而犀利“盖回回百工技术极精，环刀尤精”。
另外蒙古军队根据西域战地新情况开创了许多新办法。例如花刺子模北有锡尔河，东有印度河，北有咸海、裹海，这些都是中亚著名的河海，它对于善于在平原作战的蒙古骑兵是个天然障碍。为了突破这些障碍，蒙古军想出了一种特殊的渡河办法：以牛皮裹树枝作鞄（皮囊的意思），藏军械服用于中，系鞄于身，手握马尾，随泳水，举国截流而济。
蒙军在这次远征途中，到处都崎岖山地，人马通行困难，随时随地都靠工兵。如成吉思汗率领的主力部队，通过阿尔泰山、天山险处时，皆凿石开道，伐木架桥。有一处架四十八座桥。哲别纵队通过帕米尔高原时，凿冰开道，将所有攻城器械全部焚毁。速不台通过高加索山时，亦凿石开道。布劳丁著《蒙古帝国》一书中，把成吉思汗的这次西征，比作拿破仑度过阿尔卑斯山远征意大利，诚非夸大。此外，花刺子模城堡林立，非炮兵、工兵不易攻陷。为了解决这些问题，成吉思汗在攻城前后，就编了好几个工兵集团。如1以2年蒙军进攻玉龙杰赤时，他们在城下，挖开地道，进入城市，一举攻破。
多兵种协同作战。《多桑蒙古史》载：蒙古兵之毁城也，水火并用，或用引火具，或引水以灌之。有时挖地道进入城内，有时用袭击方法”。“蒙古兵之围一城也，未下而围去之事甚鲜。设城堡地险要，难以力取，则久围之，则有围之数年者”。@典型的战例是，1222年围攻花剌子模故都玉龙杰赤，蒙军围攻六个月不下，于是蒙军先是征发丁壮，填平堑壕。其次用攻城器械，摧毁城堡。再就是挖掘地道，进入城内，放火焚烧。最后则决阿母河堤，引水灌城。其毁灭程度有类天灾。
军事技术的改进，为军队提供了更多更好的装备，促进了军队数量的增大，促进了新兵种如炮兵、工兵的出现；促进了战斗编组、战术的变化；还使战争规模、战争范围、战争时间、战争手段发生了巨大变化。敌对双方的政治、经济、军事、文化和地理等客观情况也都发生了很大变化。成吉思汗根据变化了的敌对双方的新情况、新特点，适时的改进了自己的战略思想(包括方针、政策、原则和手段）。