紧闭城门，负隅顽抗的谢尔普乐、达布希耶等两城不屑一顾，仅派遣了少量兵马对其进行围攻战，进行牵扯。
行至撒马尔罕城下，成吉思汗把前国王位于城郊一处的阔克萨莱宫（意即青色宫殿）作为自己下榻之地。其四公子率领的部队以及在押的战俘陆续来到这儿驻扎。按照预先的部署，所有抵达这儿的队伍将驻扎在该城周边，以便形成了团团包围之势，使该城从此与外界完全断绝任何联系。
据说在花拉子模诸城中，撒马尔罕城防是最为坚固的一座城。高大宏伟的城墙厚实坚固，城门均用铁皮包裹加固，顶楼上还设置塔楼及环形弓箭射孔，再加之有重兵把守。此外，城内守军约有十一万兵马。其中钦察部就有六万之众，主要操突厥语，其余包括塔吉克、古尔、黑契丹以及其他等部族成分构成。再次，还备有二十头面目狰狞的在役大象。假设启用花拉子模国久经考验富有经验诺颜坐镇撒麻尔罕城，比如说重用像卡伊尔汗或者帖木儿 梅里克等首领镇守这里，或许该城还能坚守相当长的一段时间的，尤其在粮食充裕的前提下，守城军民至少可以坚守一年以上。可是，事与愿违，这位刚愎自用的国王却任用了一个从未带兵打过仗的图盖伊汗，要他来做撒马尔罕城的镇守。此公系国王可恶的母后塔尔康? 哈敦之亲兄弟，同时也是当今国王亲舅。
在这一时段，成吉思汗率领亲信花费了两天时间，围绕这座城市进行了一番巡视，对该城高耸的城墙，充盈水流的护城河等周边地形地貌等情况进行了仔细观察，以搜索并寻找攻城时最薄弱的环节，为下一步攻城行动计划做了充分准备和铺垫。
此外，也采取诸多战术手段，比如为了蒙蔽欺骗守军，蒙古大军组织人马，将战俘分类编入到军事编组里，每十个人为一组，并发放一面旗帜。从远处看，就会蒙蔽敌方，撒马尔罕守军就会受骗上当，造成大军兵临城下，其兵马无数，锐不可阻挡的这一错觉。
突厥部阿力普 艾力 希云奇以及巴兰等诸汗领率钦察骑兵率先出城迎战。一场肉搏战即将开始。一仗打下来，未经几个回合交手，仅逮住了几个蒙古士兵，却因此损失了近千名人马，无功而返，不得不退缩回到城内。
自第二天起，钦察部不再不敢出城露面了。然而，事情并未到此结束。一群胆大妄为，蠢蠢欲动撒马尔罕民众向蒙古军分队发起突袭行动。久经沙场的蒙古军遂采取了佯装逃跑的架势，诱惑敌方，叫他们紧追不舍，结果未曾想到却掉进蒙古骑兵分部设下的圈套，正当敌方全力以赴向前冲杀时，不料想，埋伏在附近的几队人马，从四面八方群起而攻之，断其退路，将其全部歼灭之，只有少数幸运者得以生还，不在话下。
到了第三天，成吉思汗亲自上阵，骑着战马，率领众多人马投入攻城之战，一场攻城战役正式打响了。他将各部有序地分散在各个城门，采取同时攻击的战术行动。对胆大擅自出城者一律采取了启用大弓箭远距离点射厮杀的这一战术。至此，蒙古围城攻城战持续了整整一天的时间。到了傍晚，各自鸣金收兵。
就在这一夜里，撒马尔罕宗教大法官（卡迪，宗教首领舍伊赫 乌勒 伊斯兰以及清真寺伊玛目等当地社会上层显贵大人紧急碰头，连夜召集会议，权衡利弊后，决定向成吉思汗提出降服的意愿书。
蒙古军攻城行动到了第四天，这天清晨，他们派人出城与城外进行围困的蒙古军议和。出了城门，他们一群人便径直向可汗驻扎的大本营方向走去。他们的意愿再清楚不过了，就是想通过求和的途径和办法想拯救围困在城里的黎民百姓的生命。而成吉思汗天也有这个意思，于是一拍即合。成吉思汗面见他们后，便承诺，“决不迁怒于民众，允许各回各家去。”求和团一听可汗答应了，可把他们乐坏了，这下城内军民有救了，他们便兴高采烈的返回城内来了。大清早，除了一支队伍占据内城某处一个要地并进行顽强抗争，始终不肯放下武器外，城内以守军司令图盖伊汗为首的钦察诸汗都表达了愿意为蒙古可汗效劳的这一意愿，同时也极力利用各种机会和场合来迎合在城外围进行围攻行动的蒙古军，投其所好。对此，成吉思汗感到十分满意，这脸上时常显露出憨厚且得意的笑容来。
围城行动到了第六天，清晨“乃玛孜”城门（意为礼拜之门）被蒙古分队攻克了，刹那间，只见蒙古不计其数的骑兵像潮水般冲进了花拉子模国的都城。一部分蒙古士兵们押着一群战俘，勒令他们即刻开始拆除城墙上的防御工事。
蒙古军一些士兵不顾此前成吉思汗许下的不毁坏撒麻尔罕城的诺言，
