蒙古帝国经过成吉思汗、窝阔台汗、贵由汗的对外征战，领土面积急剧扩大，蒙古军威令诸国胆颤心惊。
到了蒙哥汗在位期间，最重大的事情还是继续征伐，扩大蒙古帝国的规模。主要表现在两个方面：一是征服南宋王朝，二是西征中东地区。
蒙古人有“幼子守户”的传统，蒙哥汗作为成吉思汗幼子拖雷的儿子，他和他的10个兄弟（主要是同母弟忽必烈、旭烈兀、阿里不哥）继承成吉思汗的直属军队，个个拥有强兵悍将。
蒙哥汗决定派遣弟弟忽必烈和旭烈兀分别征伐南宋和中东，并打算将来让旭烈兀去统治中东。
旭烈兀的西征，可谓是蒙古帝国历次西征中最奢华的战役，人数、规模和排场都甚大。
1、各大宗王派军听候调遣。如同以往蒙古历史上的大征服战役一样，各地的大宗王都会派出自己的部队参加。如术赤系的斡儿答派出1万大军经花剌子模与旭烈兀会师、术赤系的昔班派出军队经里海西岸出兵，察合台系的兀鲁思派宗王尼兀答儿从征。
2、整个中亚为出征作准备。蒙古帝国统治下的中亚各地，都在为旭烈兀的过境效劳，要清除行军道路上的大石头和有刺的草木、还要在河道上修建通行桥梁、整治规范渡口的管理。
3、路旁的牧草仅供大军所用。从蒙古本部的杭爱山到中亚的阿姆河之间，行军大路两边的牧草受到严密的保护，只供旭烈兀大军通行的军马和牲畜所使用，其他人等不得破坏。
4、组建汉人弩机手。旭烈兀的西征军中还有一支特殊的部队——汉人弩机手，他们不是在战场上喊打喊杀，主要执行的是特殊的任务：发射火炮、矢、石和燃烧弹，是强力攻城的终极压制。
年7月，旭烈兀派怯的不花率1.2万人先行征伐。他亲率大军在3个月后出发，首先抵达察合台汗国，在这里受到热情的款待，然后大军在这里渡过年夏天的暑热后继续前进。
年9月底，旭烈兀的大军驻扎于撒马尔罕，他们在这里宴乐休息达14天之久。11月初，旭烈兀才到达渴石，停留1个月后，大军渡过阿姆河到达阿富汗西北部，因为冬季严寒就地过冬。
年，旭烈兀开始进剿伊朗的伊斯玛仪派。伊斯玛仪派从塞尔柱王朝时代就在伊朗拥有很大势力，他们在伊朗各地有无数的据点，皆深沟高垒、地势险峻、易守难攻。
在强大的蒙古西征军面前一切都是浮云，旭烈兀摧毁伊斯玛仪派的抵抗，捣掉该派的上百个据点，于年12月20日摧毁阿拉穆特堡，收其财务珍宝无数，烧毁收藏甚丰的图书馆。
紧接着，旭烈兀攻下哈马丹作为西征军的总部，他从这里派人去见阿巴斯王朝的哈里发穆斯台耳绥木，要求哈里发前来投降。
穆斯台耳绥木延迟不至，旭烈兀于是在年向巴格达进攻。穆斯台耳绥木未能及时征集军队进行防御，遂使西征军长驱直入。
年，蒙古人攻占巴格达，处死末代哈里发穆斯台耳绥木。年，蒙古大汗忽必烈授予旭烈兀“伊利汗”的称号，其领地包括伊朗、伊拉克、高加索和安纳托利亚等地区，以伊朗为中心。
旭烈兀西征最严重的后果是让伊斯兰文明遭受重大破坏，杀掉哈里发导致阿拉伯帝国灭亡。