蒙古第一次西征大軍撤回漠北後，在阿姆河以北的河中地、畏兀兒地實施了較爲鬆弛的軍政統治。而阿姆河以南地區（呼羅珊、禡桚答而），由於留守的蒙古人極少而無力控制，呼羅珊等地社會秩序出現混亂，特別是扎蘭丁在伊朗開始從事花剌子模王朝的復國運動。

1223年花剌子模國王子扎蘭丁從北印度前往伊朗南部克爾曼、法爾斯，次年抵達伊朗西北部剌夷城，其弟吉牙撒丁將蘇丹之位讓與扎蘭丁。1225年扎蘭丁攻佔阿塞拜疆首邑大不里士，並佔領格魯吉亞首府第比利斯，大肆擄掠財物。至 1228年，伊朗西部基本上成爲扎蘭丁復國運動的基地。

扎蘭丁的復國運動雖聲勢浩大，但基礎薄弱。主要原因是：首先，在西伊朗，扎蘭丁得不到當地居民的支持。自印度回伊朗之後，扎蘭丁一直與各地統治者爭奪地盤、四處殺掠，因而扎蘭丁無法團結伊朗反蒙古人的各方力量，導致孤軍苦戰，疲於奔波。非但如此，扎蘭丁對士兵掠奪當地剌亦牙惕（主要是農民）聽之任之，拒絕懲處士兵的不法行爲，引起人民的怨憤。史載，扎蘭丁說：“如今我們是爲爭奪世界而戰，而不是統治世界，在徵討世界時不必保護剌亦牙惕。只有當我們開始統治世界時，纔對控告者給予公正裁判。”其次，扎蘭丁對外還受着伊斯蘭世界其他主要政治集團的反對。在魯木（即小亞細亞），塞爾柱王朝和阿拉伯人聯盟反對扎蘭丁。在亞美尼亞南部，扎蘭丁與敘利亞的艾尤卜王朝結怨。如拉施特所述：“因爲魯木的算端們和敘利亞、亞美尼亞以及那一帶的篾裏克們害怕他（指扎蘭丁）侵略和奪取政權，他們全都起來反擊他，”扎蘭丁四面楚歌。

1229年窩闊臺被推舉爲蒙古大汗後,繼續從事成吉思汗對外擴張未竟之業。爲了平息花剌子模王公扎蘭丁的叛亂，窩闊臺汗委以綽兒馬罕爲統帥，率3萬蒙古軍出征伊朗。《世界征服者史》說，“在呼羅珊和伊拉克，動亂的火焰尚未熄滅，算端扎蘭丁仍活躍於該地。窩闊臺大汗派遣綽兒馬罕率衆異密（千戶長或萬戶長或將帥）和 3 萬軍隊出征。”爲了充實綽兒馬罕軍隊力量，窩闊臺大汗還頒旨，四方的大將和八思哈應隨軍出發，向綽兒馬罕提供援助。蒙古諸王公紛紛派出代表，置於綽兒馬罕麾下。主要包括：朮赤原委任的玉龍傑赤達魯花赤、汪古部人成帖木兒爲副統帥；代表窩闊臺大汗方面的怯勒孛剌；代表拔都方面的諾撒耳, 代表察合臺方面的吉思勒不花以及代表拖雷妃唆魯禾帖尼別吉的也可。在蒙古王公的支持下，綽兒馬罕組成一支 10 萬大軍向伊朗挺進。

綽兒馬罕西征的主要目標是勘定呼羅珊叛亂、追剿花剌子模王公扎蘭丁並伺機在蒙古帝國西端最前沿開疆拓土。最初，綽兒馬罕在呼羅珊各地或加官封爵或武力剿滅，實行剛柔相濟的兩面手段，但收效甚微。據志費尼記載：“綽兒馬罕使呼羅珊呈現出一片混亂狀態。他攻下一些地方，設置八思哈。然而，其它一些地方尚未俯首臣服。叛賊和突厥人四處湧現，騷擾百姓；同時社會渣子和烏合之衆氣焰囂張，使已經安定和歸順的地方因爲如此騷動和動盪再度陷於混亂。”針對如此混亂的局勢，綽兒馬罕一方面委派成帖木兒駐守呼羅珊鎮壓反叛首領哈剌察。另一方面，綽兒馬罕親率蒙古大軍前往剌夷、大不里士追剿扎蘭丁。呼羅珊騷亂也引起窩闊臺大汗震怒，窩闊臺又遣派鎮守阿富汗西北部地區的蒙古副統帥塔亦兒把阿禿兒從八吉思率軍征剿內沙布爾的哈剌察，哈剌察敗走呼羅珊，逃亡錫斯坦，最後爲塔亦兒把阿禿兒所鎮壓。

剿滅扎蘭丁成爲綽兒馬罕最主要的任務。1230年綽兒馬罕率軍西行至伊朗的阿塞拜疆，伊朗西部各地諸侯聞風喪膽，扎蘭丁又因爲得不到西亞軍民的支持，隻身逃往伊朗西北部山區阿米德附近。1231 年扎蘭丁爲當地庫爾德人所殺，花剌子模國徹底滅亡。扎蘭丁被殺以及花剌子模殘部潰散，蒙古軍在伊朗西部沒有受到太多的抵抗，西伊朗城邑紛紛降服。“兩月之間，蒙古軍歷陷底牙兒別克兒、美索波達米亞、額兒比勒、起剌特等地。未見有一人敢執兵以抗。”1231－1241年綽兒馬罕轉戰外高加索、亞美尼亞、格魯吉亞和小亞細亞，兩度侵襲巴格達，引起阿拔斯王朝哈里發穆斯坦綏爾（1226－1242 年）極大的恐慌。

太宗十三年（1241年），綽兒馬罕死，拜住那顏繼任其職，繼續徵略敘利亞、小亞細亞、伊拉克等地。多桑說：“綽兒馬罕死後，繼由拜住統率，摧陷抄掠波斯以西諸地者，亙二十年。”1242 年蒙古軍攻克魯木的錫瓦斯城，塞爾柱王朝納幣求和。史載：“算端（指塞爾柱王朝蘇丹）約歲貢四十萬底那（即第納爾），外獻布、馬、奴婢若干。拜住許之。”蒙古軍在西亞還降服敘利亞北部重鎮阿勒頗城，威逼安條克。亞美尼亞國王海屯一世與拜住締約結盟。1246 年蒙古軍再次侵襲巴格達地區，大肆擄掠，但仍無法征服巴格達城。

總而言之，至 13 世紀 40 年代，伊朗大部分地區和高加索諸國均爲蒙古軍所征服。只有厄爾布爾什山區、忽希斯坦、伊拉克和胡齊斯坦等少數地區殘存。伊朗廣大地區在旭烈兀西征前一直爲駐紮在伊朗阿塞拜疆木乾草原的蒙古軍所威懾和監視。