伊兒汗國的建立者，是成吉思汗第四子拖雷的第六個兒子旭烈兀。而建立的過程，則是旭烈兀領導的蒙古帝國第三次，也是最後一次西征。
蒙古帝國有過三次西征，第二次的拔都西征目標是歐洲，而第一次和第三次西征目標是中亞和西亞。旭烈兀是一個卓越的統帥，但若沒有祖父打下的基礎，他的伊兒汗國，絕不可能順利的建立起來。
前人種樹，後人乘涼，旭烈兀是站在爺爺的肩上，成就自己事業的。
成吉思汗那次舉世震驚的西征，標誌著蒙古人走出了東亞，開啟了世界範圍的「蒙古帝國時代」，也徹底改變了世界的歷史走向。
但這次西征卻是由一個貪財小人所引起的。
1218年，成吉思汗為了打通西方商路，派出一支450人的商隊前往河中地區貿易。而此時的河中地區，是另一個新興強國花剌子模帝國的領土。商隊到達邊境城鎮訛答剌時，該城長官亦納勒術垂涎商隊財物，將450人殺死，並沒收貨物。
從建國開始，蒙古人一直在攻城掠地，西遼、西夏、金朝等等國家都只有挨打的份，何嘗受過這樣的屈辱？但此時的成吉思汗眼光還是在如何消滅自己的世仇金朝，對於這個嚴重的事件，他主張息事寧人，派出使團前往花剌子模，與他們的蘇丹交涉，希望他懲治罪犯。
可花剌子模的蘇丹摩訶末並沒有和解的意思，肆意羞辱蒙古使臣，擺出一副「我是強國我怕誰」的架勢。
這花剌子模帝國的創始人名叫納失的斤，是塞爾柱帝國的一個宮廷奴隸，因屢立戰功，被封到花剌子模為總督，後自稱「沙」，也就是國王。最初的花剌子模只是一座城市（後改稱玉龍傑赤），領土只佔有阿姆河下游裏海與鹹海之間的一小片地區。相當長的時間裡，花剌子模都是塞爾柱帝國的屬國。
1092年，塞爾柱帝國四分五裂，成為一個個小王朝。按其統治地區，分別被稱為呼羅珊塞爾柱王朝、敘利亞塞爾柱王朝、統治波斯的克爾曼塞爾柱王朝和統治小亞細亞的塞爾柱王朝。
主人失勢，花剌子模擇木而棲，於1124年歸順當時正強大的西遼帝國，仍然是個小藩屬。但從1192年開始，在納失的斤孫子塔哈施的領導下，花剌子模迅速強大起來，擺脫西遼的控制，並在阿拔斯王朝哈利發的邀請下，攻入伊朗，滅亡了苟延殘喘的波斯塞爾柱王朝，被哈利發冊封為帝國東部的最高統治者。
1200年，塔哈施之子摩訶末即位，在短短的十幾年內，東征西討，使帝國臻於極盛，掌控著伊朗西部、呼羅珊、阿富汗和河中地等廣大地區。1218年蒙古大將哲別消滅西遼之時，又搶先據有直至訛答剌為止的原屬西遼的土地。
這個帝國不但幅員遼闊，而且有精兵40萬 ，確實有足夠的理由自傲。
但成吉思汗卻是個專門喜歡和強者對決的人，當他建立蒙古汗國的時候，人口不過百萬，軍隊不過十萬。卻毫不猶豫地向著有著百萬大軍的金朝發動進攻。面對著摩訶末的挑釁，無論是出於對尊嚴的維護還是為了統治的穩固，他都必須接受挑戰。
為了西征，成吉思汗暫停了對金朝的攻勢，將大量主力部隊徵調，並在全國範圍內徵兆60歲以下，16歲以上的男子入伍，可說是不惜血本。
1219年，成吉思汗集結蒙古大軍20萬（一說15萬，尚有爭論），對外號稱60萬，兵分4路，經畏兀兒地向花剌子模挺進。
四路大軍中，第一路軍由次子察合台、三子窩闊台指揮，攻打訛答剌城；第二路軍由長子朮赤指揮，順錫爾河西北攻佔昔格那克（也稱速黑納黑，今哈薩克契伊利東南）、訛跡邗（今吉爾吉斯斯坦烏支根）、巴耳赤邗（今契伊利西北），氈的（今哈薩克克齊爾·奧爾達東南）；第三路由阿剌黑、速亦客禿、塔孩指揮，沿錫爾河東南攻佔伯納克特（一作別納客，今烏茲別克塔什干西南）、忽氈（今塔吉克之列寧納巴德）。成吉思汗自己與四子拖雷率領主力，以速不台為先鋒，渡過錫爾河，通過600公里寬的基吉爾庫姆沙漠，直取不花剌（今烏茲別克布哈拉）、撒麻耳罕。
對於中亞和西亞的人們來說，一場浩劫就這樣不期而至。
摩訶末在短時間把帝國擴充得極為龐大，但他需要更多的時間來整合和消化。這一切，被他自己的傲慢所打斷，嚴格來說，他所統治的還是一個少兒帝國，遠沒有發育成熟，於是，當面對外來壓力時，所有矛盾便一起爆發。
摩訶末為首的突厥蠻貴族和她母親禿兒罕太后為首的康里貴族之間鬥爭激烈。在很多事情上，他不得不屈從於母族。在如何應對蒙古襲來的問題上，貴族們爭吵不休，方案遲遲不能確定，最後的結果，竟然是最為愚蠢的分兵防守——將40萬大軍分散在各個城鎮來消耗敵軍。
對於遠道奔襲的蒙古軍來說，這种放棄迎頭痛擊的消極防禦戰略，簡直就是把勝利拱手相讓。
原本人數處於劣勢的蒙古軍，面對分散防禦的花剌子模軍，總是完全佔據優勢。四路大軍無不進展順利，將一個又一個城市攻破。
1220年3月，成吉思汗和拖雷的中路軍攻克河中地區伊斯蘭文化中心不花剌城，從而切斷花剌子模國新都撒馬爾罕和舊都玉龍傑赤（今烏茲別克烏爾根奇）的交通聯繫。
5月，蒙古四路大軍會師撒馬爾罕，已經喪失鬥志的摩訶末逃奔伊朗，沒了蘇丹的撒馬爾罕很快陷落。這座早在亞歷山大大帝眼中便是「比想像中更為壯觀」的都市遭到滅頂之災。在瘋狂的破壞之下，「城中常十餘萬戶，國破以來，存者四之一」。
7月，窩闊台和察合台攻克玉龍傑赤，花剌子模10萬守軍拚死抵抗，一個街區一個街區的與蒙古軍進行巷戰，最後全部陣亡。為了報復，這座中亞著名的紡織中心和商貿中心慘遭荼毒。據《世界征服者史》記載：「蒙古人攻下城池，摧毀建築物，屠殺居民，直至最後整個城池落入他們之手。然後，他們把10萬餘市民趕到空曠地，將工匠藝人與其餘的人分開，兒童和婦孺變為奴婢。剩下的男人分給軍隊，讓每名戰士屠殺24人。」
隨著玉龍傑赤的毀滅，蒙古人徹底征服了整個河中地區。
但戰爭還沒有結束，敵國的首腦還沒有拿獲，成吉思汗絕不會停止進軍的腳步。為追剿逃亡伊朗的摩訶末，他委任大將哲別和速不台繼續進行了4年之久的「西方諸國」征服戰爭。
雖然1220年，曾經不可一世的摩訶末便在不斷逃亡的刺激下病死在裏海的一座小島上。但蒙古軍前進的鐵蹄仍然沒有休止，從1220到1223年，蒙古軍先後抄掠北伊朗、亞塞拜然、東喬治亞等地，反覆洗劫巴里黑、馬魯（謀夫）、赫拉特（也里）、徒思（今馬什哈德）、尼沙布爾、剌夷、馬臘格等大城市。日後伊兒汗國的都城，帖必利斯城（今伊朗不大里士）在獻納巨額戰賦之後才幸免於難。
1225年，成吉思汗率主力部隊返回蒙古高原，在所征服的土地上，他在各城設置達魯花赤（監治官），實施了有效統治。其中，伊朗、亞塞拜然等地，日後就是伊兒汗國的主要領地了。成吉思汗可能並不知道，自己是在為這個現在只有6歲的孫子打基礎。
但是，由於留駐軍隊較少，蒙古人在阿姆河以北的河中地、畏兀兒地尚能統治穩固，對阿姆河以南地區的呼羅珊、禡桚答而等地區就顯得力所難及。而摩訶末之子扎蘭丁在逃亡印度後，很快便返回了伊朗，開始進行恢複花剌子模的復仇之戰。
戰爭的車輪一旦啟動，便難以停止了。