成吉思汗親自圍繞城牆和堡前斜坡巡視了兩三天，考慮攻城和奪取城門的計劃。這時，他免除士卒們的戰鬥，讓他們得到充分的休息。直到第三天早晨，他才下令發動總攻。無法計算的蒙古軍隊和哈沙兒隊圍住了撒麻耳幹城牆，從不同方向向城市猛衝。城裏的守將阿勒巴兒汗等，衝到城外，與蒙古軍對陣，箭如雨下，雙方都傷亡很重。那一天，算端的突厥軍隊不斷與蒙古兵交鋒，他們殺死了一些蒙古兵，也俘獲了一些人，把俘虜帶進城內，同時他們自己也有一千多人喪身沙場。當太陽落山時，他們才各自返回自己的營房。
第四天天剛亮，成吉思汗親自上馬，揮師包圍城池。城裏城外的軍隊均集合起來，準備戰鬥；他們緊束戰袍，殺到晚禱時刻。射石機和弓弩齊發，矢石橫飛。蒙軍堵住了撒麻耳幹的各個城門，阻止花刺子模軍衝到戰場上。城內的軍隊多次發起衝擊，希望能衝開一條血路；城外的軍隊一批接一批地補充，寧願戰死也不肯後退一步。雙方在交戰的棋盤上難解難分，邯英勇的騎士再也不能縱馬馳騁於原野了。
第六天早晨，蒙古兵大隊大隊地開進城內，城裏的男女居民，以一百人為一群，由蒙古人監視，給趕到城外。隻有那些去晉見成吉思汗的伊斯蘭教首領以及受他們庇護、與他們有些瓜葛的人，才免於出城。獲得這種保護的有五萬多人。然後蒙古人通過傳令官宣布了一道命令：“匿藏者格殺勿論。”蒙軍將士開始進行搶掠，很多躲到地窖、地洞裏的人，被發現以後部遭到了殺害。
象夫帶著大象去見成吉思汗，請求發給大象食物。成吉思汗問他大象靠什麼為生？象夫回答說：“原野上的草。”成吉思汗下令放掉大象，讓它們自己到原野上去吃草。曾經抵抗過蒙軍的二十頭大象破格得到赦免，但最後卻在荒野中餓死了。
當天夜裏，蒙古人離開市鎮。退守內堡的花刺子模守軍早已被嚇得心膽俱裂，既不敢挺身抵抗，又不能轉身逃跑。隻有“勇敢的人”阿勒巴兒汗表現出英勇無畏的氣概，他率領一千決死之士衝出內堡，從蒙古軍中殺出條血路，前去與算端會合。
第七天黎明，蒙古軍又圍住了城堡，雙方矢石齊發。城牆和堡前斜坡被毀壞了，到了晚上，蒙古人奪下城門，進了城。有一千多名平民和勇敢的戰士避人大清真寺內。他們用箭和石油同蒙古人展開激戰；蒙古人也噴射石油，縱火焚燒清真寺及寺內所有的人，大清真寺被焚燒一空。最後，他們將剩下的居民和城堡守軍驅趕到城外，將突厥人和大食人分開，全部分編為十人隊和百人隊。他們按照蒙古習慣將突厥人召集起來結發為辮，為的是安定他們，打消他們的恐懼。但是，就在當天晚上，共計有三萬多突厥、康裏人被殺，他們的統帥是巴力失馬思汗，突厥語意為“不尋求和平的人”；塔海汗（禿孩汗）意為“舅父”，他是花剌子模的國舅；撒兒昔黑汗，意為“堅硬的”、“粗糙的”可汗，估計是一位勇敢、魯莽的將領，類似於一位草莽英雄；兀刺黑汗，意為“驛馬”。另外還有算端的著名大臣二十餘人，他們的名字詳細記載在成吉思汗頒發給也裏迦兒忒朝始祖魯克那丁·迦兒忒的詔書（劄兒黑）中。同時，還有許多花刺子模大臣、士兵和居民悲憤地自殺而死，以身殉國。