原来蒙古大军分路进军，节节获胜，再西进数百里，即是花刺子模的名城撒麻尔罕。成吉思汗哨探获悉，此城是花刺子模的新都，结集重兵十余万守御。
撒马尔罕是一座中亚古城，拥有2500多年的历史。公元前4世纪，马其顿国王亚历山大远征至此，他站在城脚下不仅赞叹：“我所听说到的一切都是真实的，只是撒马尔罕要比我想象中更为壮观。”1219年，蒙古军分四路包围撒马尔罕，在小说《射雕英雄传》中，蒙古军进攻撒马尔罕发生在冬季，守城军民把城墙上泼了水，因此城墙光滑异常，蒙古士兵难以攀登，郭靖正苦于没有办法，这是鲁有脚告知他说黄帮主夜晚在峰顶相会。
半夜时分，郭靖搭着“羊梯”登上峰顶，两人许久未见，自是说了许多话，然后二人设计将欧阳锋困在秃木峰顶，待到第四日欧阳锋支持不住时，将衣服裤子做成降落伞的样子，从峰顶下来。这时黄蓉心生一计：
黄蓉道：“老毒物教了我一个破城妙法，你去调兵遣将，今晚大功可成。”当下在他耳边轻轻说了几句话，只把郭靖喜得连连鼓掌。
是日未正，郭靖传下密令，命部属割破帐篷，制成一顶顶圆伞，下系坚牢革索，限一个半时辰缝成一万顶。将士尽皆起疑，心想帐篷割破，如此严寒，在这冰天雪地之中一夜也是难熬，但主帅有令，只得遵从。
成吉思汗见到郭靖所部飞降入城，惊喜交集，当即尽点三军，攻向城边，只见南门大开，数百名蒙古军执矛守住。当下几个千人队蜂涌冲入，里应外合，奋勇攻杀。十余万守军张惶失措，不知敌军从何而来。蒙古军一面厮杀，一面到处浇泼石油放火。城中大火冲天，花刺子模兵更是乱成一团。
由于天降奇兵，蒙古军打破撒马尔罕。而真正的撒马尔罕战役并没有如此传奇，成吉思汗分兵四路先逐渐消灭撒马尔罕周围的城堡，待到四路大军逐渐向撒马尔罕靠拢时，才实现了对这座城池的包围。正式的战斗开始于1220年春末，四月时该城已开城投降。蒙古军进城后，烧杀抢掠，并将城市付之一炬，国王逃往巴格达。
