公元1215年，成吉思汗在东边拿下了金朝中都后，得到了屈出律和蔑儿乞残部在西辽的消息。成吉思汗立马派出4万大军，兵分两路讨伐西辽。东路军由哲别率领。战略目标是干掉屈出律拿下西辽。而西路军是由成吉思汗长子术赤和大将速不台率领。战略目标是消灭蔑儿乞残部。

大军二话不说进入西辽。东路军直奔辽都八剌沙衮而来。不过这次蒙古大军竟然不玩武力，玩起了攻心战。在得知西辽内部民族信仰矛盾异常尖锐的消息后，蒙古大军高举信仰自由的大旗。这对于信仰伊斯兰教的中亚民众来说，蒙古大军就不是侵略军了。这明明就是一支解放他们的正义之师。结果就是响应蒙古大军的起义军在西辽境内风起云涌。蒙古军没有遭到任何抵抗，一路顺畅无阻地到达了辽都八剌沙衮。

屈出律一看情况不对，赶紧抛弃都城带着人马向南逃到了喀什。因为再往南就没有可以驻军的大城市了。屈出律不得已，只能就在这和蒙军决战了。结果蒙古大军还没到，辽军就已经溃散的差不多了。尤其是信仰伊斯兰教的士兵，基本全都逃跑了。屈出律不得已，只得一路向南逃进了帕米尔的一个山谷里。

公元1218年，屈出律被山里的猎人抓获交给了蒙古大军。成吉思汗对这个叛徒丝毫没有留情，直接下令杀掉。可怜西辽被屈出律残害了八年，大仇终于得报。

西路军也很快进入了西辽境内。这次消灭蔑儿乞残部的目标其实是非常简单的任务。但难点在于必须全歼蔑儿乞残部。因此不能走漏风声让蔑儿乞跑了。在回鹘的带领下，西路军日夜兼程，在垂河一举包围并全歼了蔑儿乞残部。

至此，西辽灭亡，并入蒙古版图。蒙古也打通了去往花剌子模的道路。