太宗六年（1234年）底，窝阔台在答兰答八思建立行宫，召集诸王大臣会议，会议上不仅决定南下攻宋，还派出了两支西征军，主要的任务是征服“成吉思汗未征服完毕而留下的百姓”：一支军队远征波斯等地，消灭扎兰丁·明布尔努的残余势力；另一支军队的任务是远征钦察、不里阿耳各部。征服波斯地区的军队进军比较顺利，扎兰丁·明布尔努的兵败逃亡，被曲儿忒人杀死；但是远征钦察等地的军队却遭遇顽强的抵抗，“因为那里的百姓难攻”，为此，窝阔台根据察合台的建议，组织了“长子西征”军。
太宗七年（1235年），窝阔台在哈拉和林（蒙古帝国的首都）召开库里勒台大会，商讨西征事宜，这次的大会上，察合台主动请缨说：“可派我儿子中的年长者不里出征，增援速不台。如果派长子出征，则军多势盛，力量强大。那边的敌人众多，敌国很多，兵锋坚锐。据说那些百姓愤怒时用武器杀死自己，他们的武器很锋利。”窝阔台接着说：“这就是朕等商议的话，依着察合台兄长的热衷之言，可命长子们出征！可向各处宣谕命拔都、不里、贵由、蒙哥等宗王出征的理由。”
对于各支贵族出征的人员以及西征军的领导，窝阔台也做出了明确的规定：“浙西出征之中，凡管领百姓的宗王，应在其诸子中命其长子出征。不管领百姓的宗王们、万户长、千户长、百户长、十户长，无论何人，也应命其长子出征。公主、驸马们，也应照规矩命其长子出征。”这次参加远征的还有速不台等人，西征军的总数在12万以上（一说为15万人），名义上的总帅是术赤系的拔都，而“中军出征者，以古余克（贵由，窝阔台长子）为首长”。
太宗八年（1236年）春，蒙古诸王各部向指定地点进军。此次西征的战略目标是：以一部兵力攻取不里阿耳和钦察部，排除两翼威胁，然后合力攻破斡罗思，再进击加里西亚，匈牙利，波兰等地。
这年秋天，贵由、蒙哥率领西征军与拔都兄弟的军队在伏尔加河流域会师，进攻不里阿耳部。不里阿耳部实际上是芬种、斯拉夫种与突厥种的混合部族，后来被可萨突厥打败，分两支逃亡。一支留居在伏尔加河上游，一支西迁至多瑙河流域。伏尔加河流域的不里阿耳城一向以“阵地坚固和资源丰富而闻名全世界”，可惜面对速不台这样的骁勇战将，没多久就被攻克了。速不台肆意屠杀城民，并纵火焚毁了这座城市。
这年冬天，蒙古军进至乌拉尔河与伏尔加河之间的钦察部驻地，其中之一的部落首领纳贡投降，但是另一部首领八赤蛮却坚决抵抗，他有勇有谋，“他奔向各方，什么都抢”，又擅长打游击战，“没有一个经常落脚的地方，因此蒙古军队无法捉到他”。他藏在伏尔加河岸上的林中，以森林作为掩护，与蒙古军队展开了游击战。后来，蒙哥率领一支骑兵，活捉到了八赤蛮，不久附近的阿速部、毛而壮，波尔塔斯等诸部也被征服。蒙古西征军占领了里海以北的地区以后，为攻入斡罗思打开了通道。
太宗九年（1237年）秋，拔都召集西征军诸王商议战事，决定全军在冬季从东北方向弗拉基米尔（兀拉基米尔）公国进军。随后，蒙古军进抵奥卡河中游的也列赞（梁赞）侯国，并派使者谕降，要求其贵族与百姓交出十分之一的财富为岁贡，拔都命令也烈赞王进献全部财产的十分之一，却遭到也烈赞王的拒绝；窝阔台闻之，勃然大怒，于是下令蒙古军对也列赞侯国进行猛攻。双方激战五天，于十二月二十一城池被蒙古军攻破，蒙古军屠杀城内百姓并焚毁城市，一时间血流成河，哀鸿遍野。
太宗十年（1238年）蒙古军兵临弗拉基米尔公国城下，遣使入城招降不成。拔都命蒙哥指挥主力军攻城，命诸将分军攻取外围城堡。蒙哥领兵猛攻弗拉基米尔城6天，集中炮石猛击，轰塌了城墙一段入城，与守军展开激烈巷战，血流成河。蒙古军占领弗拉基米尔城。随后，拔都分兵三路进击北罗斯的其他地区。
太宗十一年（1239年），蒙哥的蒙古军队继续前进，经过三个月的苦战，攻下了阿速部的都城蔑怯思城。随后又进攻太和岭北的薛儿克思部，杀死了国王。蒙古宗王昔班（术赤第五子）、不里（察合台长子木阿秃干的儿子）等率军进掠克里米亚岛，别儿哥（术赤第三子）则进攻钦察部，四万库曼人在其国主忽坦汗的率领下，逃往匈牙利。
太宗十二年（1240年）冬，拔都带领50万大军继续前进，目标是斡罗思的乞瓦（今基辅）。蒙古军昼夜强攻基辅城，基辅军民在狄米脱里的指挥下，以血战到底的英雄气概抵抗蒙古军。最终，蒙古军破城而入，与守城军民展开激烈的巷战，守城军民前仆后继，最终全军覆没。基辅陷落后，城民尽遭杀戮，城市被摧毁；守将狄米脱里被俘，拔都赞其英勇而不杀。
太宗十三年（1241年）春，蒙古西征军以追击逃敌为由，兵分两路：左路由拔都兄弟率领，名将速不台为先锋，直接进入马扎尔境内；右路由宗王拜答儿（察合台第三子）、速不台之子兀良合台率领，进入昔烈儿（波兰），作为主力军的掩护。当时的波兰国王博列斯拉夫三世刚刚去世一年有余，他的四个儿子进行夺位纷争，内战不已。蒙古军乘乱摧毁了这支不团结的波兰守军。
此时，西里西亚大公（西里西亚的亨利二世）调集波兰，日耳曼和波希米亚军队组成联军，集结3万余兵于列格尼兹（今波兰莱格尼察）地区，准备迎战蒙古军。亨利将波日联军分为5部，波日联军严阵以待，欲乘蒙古军远程而来疲惫之机，一战获胜。蒙古右路军抵达列格尼兹地区后，拜答儿也将全军分为5部迎战敌军。双方兵力各为3万余众，但作战能力则有天壤之别：波日联军装备古老，缺乏战斗经验，战术呆板，战斗力较差。蒙古军装备先进，经历千百之战，战术灵活多变，战斗力极强。
1241年4月15日，蒙古右路军进兵莫拉维亚境内，一路烧杀抢掠，越过捷克边境，攻克捷克多处城镇，直达波希米亚和奥地利边境。波希米亚王瓦思老派骁将雅斯罗老镇守奥尔米茨，蒙古右路军一部久不下，有所懈怠。1241年6月27日，拜答儿右路军开始向匈牙利进军，他们接连攻克匈牙利北部斯洛伐克多座城镇，饱掠后进入匈牙利境内同拔都主力会师，完成了征服波兰的任务。
另外的蒙古主力军队在拔都和速不台的指挥之下，兵分三路进入匈牙利：第一路由昔班领导；第二路由拔都亲自统帅；第三路由宗王合丹（窝阔台第六子）指挥。当时，匈牙利的国内正处于一种极其不和谐的状态，原因是匈牙利国王别拉四世继位后取消了贵族封地，所以他们君臣将帅之间颇不和睦。钦察人入境后扰害居民，匈牙利人因而怨恨别拉四世；尤其是当斡罗思被蒙古征服的消息传来后，别拉四世料想到蒙古人必来侵犯，却不知道如何防守，仅派少数军队扼守东喀尔巴阡山边境隘口，伐木塞道，试图阻止蒙古军的侵入。
蒙古西征军征战斡罗思时，拔都曾派遣使者去匈牙利责问收容钦察部首领忽坦汗一事，后又得知斡罗思多个战败王都潜逃其国，蒙古军队更决心进军匈牙利。合丹的左路军进入罗马尼亚境内，主力中军拔都进兵匈牙利。在进攻匈牙利前，拔都致书劝降，可是别拉四世拒绝归降。
拔都于是统帅蒙古西征军由加里西亚出发，分兵两路进击匈牙利：一路由拔都领军从斡罗思出发；另一路由速不台向罗马尼亚进军。拔都同时命昔班率兵1万从波兰与莫拉维亚之间先行进入匈牙利，侦察敌情；命合丹左路军从匈牙利东面的摩达维亚进兵，保障主力军的侧翼安全。
1241年3月12日，拔都军攻破匈牙利军在喀尔巴阡山关卡，长驱直入匈牙利境内，进抵距佩斯特城半日路程之地。蒙古军派游骑到佩斯特城下挑战，别拉四世坚守待援，拒不出战。蒙古游骑退走3日后又来挑战，佩斯特城兵踊跃要求出战。大主教乌古兰率重装步兵出城与蒙古军迎战。蒙古军佯败退走，将匈牙利军引向沼泽，身穿重甲的士兵在泥泞中进退两难，蒙古军反扑而来，以强弓密集射击匈牙利军。
1241年4月初，拔都与速不台两军会合，匈牙利军同时亦集结完毕。别拉四世率军6万从佩斯特出击蒙古军，两军相持数日，拔都决定乘夜突袭，但匈牙利军早有准备，击退了蒙古军的偷袭。速不台率军乘夜迂回到赛育河下游，渡河后在侧翼列阵。拔都指挥正面部队于夜中对石桥发起了奇袭，遭到对方坚强的抵抗。于是蒙古军在石桥左岸列炮，凌晨时在炮火掩护下发动了一次又一次的强攻，最终渡河占领了石桥。
拔都军渡河后，会同速不台军猛烈夹击匈牙利军，双方展开了激烈的战斗。匈牙利军在被包围后渐渐支持不住，阵营混乱。罗克曼公爵见不能取胜，决定率兵突围。正当罗克曼公爵带兵进入激战状态时，蒙古军将包围圈放开一个缺口纵敌逃走，匈牙利军士兵争相出逃。
1241年4月11日，蒙古军追逐逃逸的匈牙利军队，双方在赛育河右岸蒂萨河汇流处展开战斗。别拉四世亲自督军迎战，但匈牙利军心已去，一战而溃。别拉四世乘骏马单身逃脱，匈牙利士兵生还者无几，蒙古军取得了赛育河歼灭战胜利后，攻破佩斯特和布达城，纵火焚烧，屠戮居民。
1241年夏秋之际，西征军各路兵马驻营于多瑙河畔，休整兵马，分兵四处劫掠。蒙古攻取克兰大城，四处纵掠，其中一支蒙古军抵达维也纳城郊。至此，蒙古西征军基本完成了对匈牙利的占领。
正当蒙古军奋勇杀敌，热血沸腾之时，从东方传来消息称蒙古大汗窝阔台死了。根据成吉思汗生前传下来的命令，大汗死后，成吉思汗的子孙们要马上回到蒙古召开大会推举新大汗。二次西征原本就是诸王长子西征，除了攻下斡罗思后已经奉窝阔台的命令返回蒙古的贵由和拖雷长子蒙哥之外，其他诸王的长子几乎都在欧洲前线，所以他们不得不悉数赶回参加拥立新可汗的大会。历时长达6年的蒙古二次西征到此就完全结束了。
