1253年开始，蒙哥大汗为了进一步征服伊斯兰世界，对西亚地区发动了西征，也就是蒙古第三次西征。战争初期，蒙古在西亚推进得很快，一路从伊朗打到了叙利亚，灭木剌夷、巴格达、叙利亚等国，似乎战无不胜。然而，蒙古军却在大马士革被埃及击溃，这又是怎么回事呢？
蒙古发动第三次西征之前，西亚地区的强国已经全部崩溃。之前地跨中亚、西亚两地的花剌子模帝国已经被成吉思汗和窝阔台连续出兵消灭。蒙古不仅在中亚站稳了脚跟，还攻入了里海南岸、大不里士等地位。而西亚还有谁能够阻挡蒙古前进的势力呢？
蒙古进入伊朗高原后，首先对这里的“木剌夷”极端宗教势力发动了进攻。“木剌夷”是伊斯兰教什叶派伊斯玛仪派的分支尼扎里耶派的称呼，该派的教徒盘踞在伊朗高原的山寨中，他们热衷于刺杀活动，因而也称为刺客派。他们不仅会拦路洗劫蒙古商团，意图策划对蒙哥大汗的暗杀活动，直接威胁蒙古的统治。
当时木剌夷派已经在伊朗高原建立了300多个山寨，活动范围十分广泛。他们拥有10万的总兵力，其中在里海西南的鲁德巴尔一带就有五六万人。1252年，旭烈兀命令怯的不花率领1万先锋出发，而旭烈兀则继续在后方组织西征大军。
怯的不花的军队进入伊朗后就对库希斯坦地区发动了进攻，攻破了许多城堡，包围古尔都苦城，消灭了这里的五万木剌夷军队，为西征军的胜利扫清了障碍。1256年，旭烈兀的大军进入了伊朗，他先派遣一部分军队去支援怯的不花围攻库希斯坦剩下的城堡。等库希斯坦地区基本被攻陷后，大军汇合，再兵分三路对“木剌夷”的老巢阿剌模特发动了进攻。
伊朗细密画《蒙古列王记》
阿剌模特也是一座易守难攻的山城，“木剌夷”派的教主鲁克赖丁在阿剌模特屯了5万重兵。旭烈兀见此地地形复杂，于是采取了围困的政策。鲁克赖丁见蒙古大军压境，就选择和蒙古和谈以拖延时间。旭烈兀见鲁克赖丁并没有投诚之心，就大规模砍伐树木制造投石机，对城堡进行了猛烈的进攻。最终，鲁克赖丁走投无路，选择投降。
之后，蒙古大军又攻陷了其他负隅顽抗的城堡，在伊朗进行了大规模的屠杀，烧毁了木剌夷派的书籍。许多历史学家认为旭烈兀为人类文明做出了贡献，因为他消灭了伊斯兰的一个极端组织，就连一位波斯历史学家也说“世界清静了”。
随后，旭烈兀带领蒙古大军向两河流域（伊拉克）挺进。当时盘踞在伊拉克的是阿拉伯的阿拔斯王朝，这个王朝的土地已经基本沦陷，现在只剩下了伊拉克的部分地区。王朝的“哈里发”已经大权旁落，贵族忙于争权夺利，国内矛盾重重。蒙古大军到来后，直接对巴格达发动了进攻。很快，蒙古军队就轻松攻破了这座千年古都，阿拔斯王朝正式宣告灭亡。
攻占伊拉克后，蒙古大军继续西进，和叙利亚交战。到1259年，蒙古大军包围了大马士革，大马士革被迫投降，叙利亚阿尤布王朝至此名存实亡。随后，旭烈兀攻入了小亚西亚半岛，击溃了这里的一系列小国联军，并派遣郭侃过海占据了塞浦路斯。
当时东罗马对于蒙古大军的到来是非常高兴的，因为蒙古大军打垮了伊斯兰世界，铲除了拜占庭面临的敌人。东罗马还试图和蒙古联盟一起进攻埃及。但当时的埃及却是一方霸主，非常难以对付。1250年，埃及的才建立了马木留克王朝，一般而言，一个新兴的王朝都是非常难以对付的。而蒙古西征大军到来时，马木留克王朝才建立不到十年，处于一种上升的势头。因此，马木留克王朝成为了西征大军唯一的强敌。
1259年，蒙哥大汗在钓鱼城战死了。旭烈兀听到消息后，就将大军撤回到了波斯的蒙古军队大本营大不里士，以做观望，并巩固自己的大后方。为了防止马木留克王朝进攻叙利亚，旭烈兀让大将怯的不花继续镇守叙利亚。
1260年9月，埃及马木留克王朝大军队和怯的不花的蒙古军队在约旦河附近交战，结果蒙古军战败。11月，埃及爆发了政变，大将拜伯尔斯刺杀了贝尔巴斯，并篡夺苏丹之位，结果埃及大乱。旭烈兀听说后，就派遣蒙古大军再次出击，结果蒙古大军又被埃及击溃，死伤惨重。
从蒙古的这两次失败来看，无论蒙哥是否在钓鱼城战死都不会影响这次战争的结局了。蒙古大军到达叙利亚后，已经是强弩之末了。当时，蒙古大军已经占领了西亚广大地区，西亚的各个要塞、城市都驻扎了蒙古的军队，这必然会导致蒙古西征军兵力分散，以至于没有更多的精力发动了进攻了。如果一味进攻，那后方的可能会出现叛乱，那就更威胁了。因此，旭烈兀最终还是选择镇守大不里士，这是最正确的决定。
1264年，忽必烈击败了阿里不哥，旭烈兀派出使者表示拥护忽必烈为大汗。忽必烈下令册封旭烈兀为伊利汗，统治阿姆河以西的广大土地，于是伊尔汗国就正式建立了。此后，伊尔汗国一直和元朝保持着亲密的关系，双方互派使者进行了政治文化科技方面的交流，推动了中国文化、波斯文化和阿拉伯文化之间的相互借鉴。
