蒙古大軍主力很快來到塔裡寒山腳下。成吉思汗見此山山高林密，即令全軍在兩裡開外安營紮寨、進行休整。又派哨探前去打探敵軍軍情。
花剌子模重兵器車雖然隱蔽的很好，但畢竟因為體積龐大、數量眾多，很快被蒙古哨探發現端倪。
哨探向成吉思汗作了稟報。成吉思汗隨即命令全軍將營寨移至三裡之外，然後到附近挖掘油井、搬運石頭，準備對塔裡寒山進行強攻。
次日淩晨，蒙古大軍開始推送重兵器車緩緩逼進塔裡寒山。當行至兩裡處時，成吉思汗開始命令放弩車向塔裡寒山腳下發射火箭。阿勒巴兒汗見此情景，也趕緊命令花剌子模重兵器車兵通過放火箭、拋石塊的方式反擊蒙古大軍。
戰鬥持續了一天，雙方各有少量傷亡。花剌子模重兵器車雖然隱蔽較好，但是蒙古火箭引燃了旁邊的枯樹，也燒毀了一些花剌子模重兵器車、燒死了一些花剌子模士兵。
蒙古重兵器車兵雖然有鐵甲戰車作掩護，但因花剌子模重兵器車攻勢太猛，也造成一些蒙古重兵器車被摧毀、一些蒙古士兵傷亡。
成吉思汗知道此時花剌子模大軍也製造了大量的重兵器車，於是一邊命令重兵器車繼續攻擊，一邊讓耶律楚才帶領後勤步兵到附近挖掘油井、提煉石油。
這樣持續攻擊了一月有餘，因為花剌子模重兵器車沒有蒙古重兵器車質量好，造成很多重兵器車被摧毀，而且石油也已耗儘，就連石塊都找不到了。花剌子模重兵器車兵實在堅持不住，阿勒巴兒汗趕緊向紮蘭丁作了稟報。其實紮蘭丁早已派步兵到塔裡寒山以南挖掘石油，可惜塔裡寒山以南油井並不多，能挖的都挖了。紮蘭丁趕緊召集軍事會議商議如何應對蒙古大軍的進攻。
紮木合說，如果再這樣下去對我軍十分不利，隻有主動進攻，或許有取勝的可能。
紮蘭丁默默的點點頭說，看來隻有如此了。
五月初五淩晨，紮蘭丁命令重兵器車兵將放弩車從掩體後麵推運出來，瘋狂朝蒙古大軍陣地發射長箭。
成吉思汗收到前方哨探的稟報，意識到花剌子模大軍要發起總攻了，於是一邊命令重兵器車全力反擊，一邊命令鐵木格讓蒙古騎兵做好衝鋒準備。
果然一個時辰後，兩萬花剌子模騎兵在紮蘭丁、紮木合等人的指揮下，向蒙古大軍陣地發起進攻。但是蒙古大軍早有準備，鐵木格迅速率領四萬蒙古騎兵圍了上去，兩軍在塔裡寒山腳下的平原上展開一場騎兵大戰。
但是花剌子模騎兵畢竟戰鬥力不如蒙古騎兵，數量也僅是其的一半，所以很快敗下陣來。紮蘭丁隻得指揮花剌子模騎兵後撤。並傳令重兵器車兵擋住蒙古騎兵。
不過蒙古騎兵行軍很快，花剌子模重兵器車兵還沒有等到花剌子模騎兵完全撤到山裡，蒙古騎兵就追了上來。
蒙古騎兵斬殺了很多花剌子模重兵器車兵、摧毀了很多花剌子模重兵器車，然後繼續往塔裡寒山上衝，又斬殺了很多花剌子模騎兵。眼看就要擒獲紮蘭丁時，隱藏在大樹、巨石後麵的花剌子模步兵，在帖木兒蔑裡的指揮下，向蒙古騎兵放箭，這才把蒙古騎兵的淩厲攻勢壓了下去，很多蒙古騎兵被射落馬下，鐵木格右胸也中了一箭。
當天的戰鬥，花剌子模大軍損失了大量的重兵器車，兩萬重兵器車兵也幾乎全軍覆沒，兩萬騎兵剩下不到五千人。蒙古大軍也損失了蒙古騎兵兩千餘人及少數重兵器車。
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