在西線，窩闊臺汗對歐洲用兵的準備工作需要長達近兩年的時間。信使四處傳達決議和佈置任務。1235年的忽裡臺大會決定恢復和擴充成吉思汗時建立的驛站體系。戰爭的前線是如此遙遠，因而迅速且可靠的通訊就變得比任何事情都重要。在採取正式的入侵行動之前，蒙古人派出小股部隊去刺探敵人的守備情況，併為蒙古人的牲畜探尋合適的牧場和水源。他們找到那些最適合餵養綿羊、山羊，以及放牧牛馬的河流、草原。有些地方看上去草地不夠，蒙古人就分遣小股部隊去焚燒他們日後要經過的村莊和田地，以便把農田開發為牧場，這些土地未經農夫的耕耘和種植，它們在蒙古軍到來之前就被還原為草地。
整個蒙古的西征軍分為四個軍團，第一軍團（朮赤系統）：指揮官為拔都，斡兒答、昔班等朮赤的其他兒子各領一軍。第二軍團（察合臺系統）:統帥為不裡（察合臺長子的長子)。第三軍團（窩闊臺系統）：司令官為貴由。第四軍團（拖雷系統）:司令官為蒙哥（拖雷長子）。上述四個軍團司令，除了不裡是成吉思汗的曾孫外，其餘的都是成吉思汗的孫輩，分別隸屬於四大汗。這次西征不僅有蒙古軍隊，還有許多被征服民族的軍隊。蒙古第二次西征所投入的人力，總數大約有15-20萬。
這可能是整個十三世紀最為強大的一支蒙古軍隊。戰爭開始時，蒙古軍隊已經吸收了中原漢地和穆斯林最好的技術與軍事知識，裝備有完備的攻城機械：投擲器、投石器、放焰器、帶輪的破門椎、火箭投射器和火炮。這些機械在當時是最先進的攻城武器，這使它成為一支令人難以置信的強大武裝力量，可能遠勝於由成吉思汗親自統率的軍隊。作為這支軍隊實際上的首腦，作為一個老練的草原獵人，作為一個緊隨成吉思汗四出征戰的英勇武士，速不臺表現出他經過長年積累的豐富知識和經驗。他知道如何思考，知道怎樣打仗，此外，蒙哥和拔都，這兩個最富智慧和最具才能的成吉思汗的孫子，也努力地協助他指揮作戰。
波斯古畫中的蒙古騎兵
速不臺把當年曾經在自己東歸時襲擊過蒙古軍的伏爾加保加爾人作為征服的首要目標。1236年，蒙古軍主力出發了，在主力部隊之前以兩百人的偵察兵為開路先鋒，之後又以兩百人的戰士為斷後衛隊，他們一旦到達伏爾加河流域，真正的入侵就開始了。此戰，蒙古軍實施了不同尋常、但對他們來說又是屢試不爽的策略：分兵合擊、至少兩線作戰，如此一來，敵人就無法判斷到底哪個城市或王公將是蒙古人的主要攻擊目標。任何一個王公，如果將軍隊調離自己的城市而去增援其他人，那麼別處的蒙古軍就會進攻這個不設防的城市。由於自己的大本營面臨著不確定的危險，因此每個王公都把軍隊用來固守自己的領土，沒有人去支援其他人。速不臺帶領軍隊北上，直指保加爾人的故地，而蒙哥則率領另一支軍隊南下逼近欽察突厥人。一些欽察人逃跑了，但另外的都同意加入蒙古軍去攻擊俄羅斯城市。保加爾人的勢力在戰爭中被迅速摧毀——對於速不臺而言，這是一場復仇之戰，據說，80%的保加爾人死於蒙古軍殘酷的報復之下。蒙古人把他們的領地作為大本營，存留的百萬牲畜在這裡放養，向東綿延達數百公里之遙。至此、欽察東北部、伏爾加河沿岸的各民族，全部都被蒙古降伏。蒙古人佔領了裡海和高加索山以北地區，排除了右翼和左翼的威脅。
抵抗蒙古軍的保加爾人
接下來輪到了羅斯諸國。經過多次探查，蒙古人發現這些城邦和公國仍然處於分裂和互相敵對的狀態之中，正如大約二十年前他們入侵時一樣。蒙古人每次都採取相同的外交程序。每到一地，他們就開始活動：派出正式的使節要求首府城市投降，加入蒙古大家庭，成為大汗的附庸僕從。如果他們願意投降，使節就向新附庸提供保護使其免受侵犯，允許他們的家族保持統治地位，准許他們保持原有的宗教信仰，作為受保護的回報，這些人必須拿出所有財富和物資的十分之一，當作貢物獻給蒙古人，但幾乎沒有城市能付得起這筆費用。
1237年秋，蒙古大軍越過伏爾加河，在沃羅涅日集合，再次進犯羅斯土地。羅斯境內的地勢比較低平，特別是北部地區積雪融化之季，沼澤泥濘遍野，道路難行，大軍行動不便，
夏季很難進兵，但到冬季河川封凍時，騎兵則自由馳聘，暢通無阻，頓河和伏爾加河下游有著豐美的草原，以西還有廣闊的欽察草原，便於騎兵大軍團作戰，秋季還可以休兵養牧。因此，蒙古人出乎羅斯意料的選擇了在冬季進兵，蒙古人設有一支龐大的運輸隊，由無數的駱駝組成。它們馱運營帳、氈塊、銅鍋、麵粉奮飼料、乾肉、食鹽、油脂和其它物品。騎兵都備有兩匹或者更多的乘馬，馬群在後緊跟，在長途疾行中可以輪換乘騎，加快進攻速度。因此，西征大軍一路換乘，以驚人的速度推進。大軍進入森林地帶後，用羅斯俘虜砍樹開路。
而後世曾經無數次幫助俄羅斯人戰勝敵人的“冬將軍”這一次也是站在蒙古人一邊的。“韃靼人來時，數也數不盡，就像蝗蟲一樣多”，拔都率軍直入俄境，攻下羅斯東部的梁贊公國、科洛姆納、莫斯科、弗拉基米爾以及弗拉基米爾一蘇茲達爾公國的其他城市，隨後揮軍南下，攻克佩列雅斯拉夫利、切爾尼戈夫，劫掠俄羅斯全境。“除了諾夫哥羅德是僅有的例外，俄羅斯全境都迅速遭到蹂瞞，田地荒蕪，城鎮破壞，全國居民陷於因亞洲人的征服而引起的無法形容的恐怖之中。”
到1240年12月，蒙古軍攻下了東部斯拉夫世界最大、最重要的文化、宗教中心—基輔，洗劫並焚燬了該城，在蒙古軍經過的地方，“沒有人能睜開眼睛為死者哭喊”。蒙古對羅斯戰爭勝利結束。在一年多後《諾夫哥羅德編年史》開始提到這一地區新的統治者，書中不僅稱之為“蒙古的拔都汗”，而且還冠以“沙皇（Tsar）拔都”的稱號，其意義就是“凱撒拔都”，它表明了一種新型統一的權威政治的建立，這種權威凌駕於眾多互相敵對的俄羅斯王公家族之上。正如羅斯王公在覲見拔都汗時所說:“我向您鞠躬沙皇陛下，因為上帝委派您成為這個世界的主宰。”羅斯大地從此揹負上了長達持續兩百多年的“韃靼桎梏”。
蒙古軍進攻羅斯城市弗拉基米爾
隨著基輔的陷落，蒙古完成了對歐洲東部的征服。拔都西征軍集結在加利西亞（今烏克蘭境內）休整補給，形如驚弓之鳥的難民沿途散佈著有關蒙古人的傳說，這樣，在蒙古人到達之前，中歐地區已人心惶惶。到了1241年初，拔都已經開始籌劃攻略波蘭和匈牙利的偉大戰役，史詩般的蒙古人第二次西征即將上演最為激動人心的一幕……
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