蒙古宪宗皇帝蒙哥于1251年取得蒙古可汗，汗位稳固后继续开疆拓土。宪宗三年即公元1253年六月命诸王(宪宗的兄弟)旭烈兀为统帅率大军十万，西征哈里发巴格达等国，这也是蒙古军队的第三次西征。
西征统帅是成吉思汗的孙子
西征军统帅旭烈兀与宪宗蒙哥及忽必烈是同母兄弟，是成吉思汗的孙子，拖雷的第五个儿子，大汗蒙哥是拖雷的长子。
蒙古帝国先后进行过三次西征，即成吉思汗西征花剌子模及长子西征(因由各族宗王长子或长孙即术赤次子拔都、窝阔台长子贵由、拖雷长子蒙哥、察合台长孙不里等)率兵西征，故称“长子西征”)后的第三次大规模的西征，亦是蒙古帝国最后一次西征。
西征军统帅旭烈兀十八岁参加过第二次西征，跟随拔都打到欧洲的匈牙利，率军打败匈牙利马札尔军队于都宁河。
旭烈兀有着丰富的西征经验，大汗蒙哥让其作西征军统帅这也是一个重要因素。
2.攻打穆斯林的刺客派木乃奚国
木乃奚国(也有译为木剌夷国)专搞刺杀的教派，回民聚集在这个城，地处今阿富汗和伊朗北部交界处，这个派别的精神领袖称之为山中老人，他在大山里建有宫殿、花园、并有美女美酒，他在此培养刺客。
刺客很小就来到这里居住，享受着优越的生活，待二十岁后，用迷药将他们迷倒，抬出花园。他们清醒之后，失去了所有，甚是失望，山中老人召他们来见。让他们搞刺杀行动，用现在的话就是一个恐怖国家。
木乃奚国旭烈兀的父亲拖雷曾经援应哲别、速不台时到过此处，未进城，只在城外进行抢掠了。
旭烈兀此次奉命西征，决心要进攻该城。旭烈兀分军三路，令库喀伊而喀、布喀帖木儿统兵一队为左军;怯的不花、台古塔儿领兵一队为右军;旭烈兀自将大队为中军，杀奔木乃奚城。
城主名叫兀克丁，他急忙命其弟萨恒沙至军中旭烈兀求和。旭烈兀要求兀克丁毁掉城堡，方能答应投降。萨恒沙回去复命，但是旭烈兀等待许久，并无动静。
于是旭烈兀指挥大军攻打，接连攻下数处堡砦，这时城主兀克丁又派人出来求和，请求宽限一年，旭烈兀当然不答应。对使者说：“你主人愿降便降，否则便进攻。”来使回去后，又无音信。
旭烈兀勃然大怒，这分明是在戏耍我，拖延时间想搞刺杀吗?指麾三路大军，将木乃奚城围困起来，不分昼夜连续攻打，这时城主兀克丁实在招架不住，只得出城投降。并毁坏城外五十多个城堡。
兀克丁几次诱约，旭烈兀令他回蒙古朝廷谢罪，在押解中途便派人把他杀死。随后对木乃奚国进行屠城，顷刻之间，变成血肉之城，有几个逃得性命的人，联络了回教徒，奔往巴格达国。从此这个穆斯林教派被灭。
3.攻打巴格达阿巴斯哈里发
巴格达此时的国主名唤木司塔辛，每天歌舞升平，吃喝玩乐，国事都是大臣处理，旭烈兀渡过波斯湾，派人给木司塔辛送去信，信中说如果想战就战，不想战就投降，木司塔辛不知哪来的勇气，大骂信使。
双方开战，大战一天未分胜负，到了夜间旭烈兀引水淹巴格达军营，淹死一大半，未被淹死又被蒙古军杀了许多，
然后又架炮攻打城内，木司塔辛被迫要投降，不接受，又派其儿子出来要投降，不接受，最后自己捆绑自己出城。
旭烈兀入城，屠杀七日。金银珠宝无数，全部掠走，杀宫女七百余人，内监千余人，被杀者计八十万人，国主木司塔辛和其儿子被用毯子裹住，放在路中被马踏而死。阿拔斯国正式灭亡。
4.攻打叙利亚阿尤布王朝
巴格达被攻破震动了这个伊斯兰世界。旭烈兀并未因此停止征讨，1258年9月，大军进军叙利亚阿尤布王朝。叙利亚的军队约有100000人。蒙古分军为三进攻。最后大马士革宣布投降，阿尤布王朝至此名存实亡。
1259年8月，蒙哥攻打南宋战死，旭烈兀班师准备回国，派怯的不花固守叙利亚，埃及的军队在大马士革南方阿音札鲁特战役大败蒙古军，怯的不花阵亡，此次战役阻止了蒙古帝国继续扩张的野心蒙古帝国的第三次西征就此结束。
蒙古帝国西征带去的是掠夺，屠城，但中西文化得到了交流，印刷，火药传到欧洲，阿音札鲁特战役终止蒙古帝国的继续扩张。