成吉思汗收到前方哨探的禀报，意识到花剌子模大军要发起总攻了，于是一边命令重兵器车全力反击，一边命令铁木格让蒙古骑兵做好冲锋准备。
果然一个时辰后，两万花剌子模骑兵在扎兰丁、扎木合等人的指挥下，向蒙古大军阵地发起进攻。但是蒙古大军早有准备，铁木格迅速率领四万蒙古骑兵围了上去，两军在塔里寒山脚下的平原上展开一场骑兵大战。
但是花剌子模骑兵毕竟战斗力不如蒙古骑兵，数量也仅是其的一半，所以很快败下阵来。扎兰丁只得指挥花剌子模骑兵后撤。并传令重兵器车兵挡住蒙古骑兵。
不过蒙古骑兵行军很快，花剌子模重兵器车兵还没有等到花剌子模骑兵完全撤到山里，蒙古骑兵就追了上来。
蒙古骑兵斩杀了很多花剌子模重兵器车兵、摧毁了很多花剌子模重兵器车，然后继续往塔里寒山上冲，又斩杀了很多花剌子模骑兵。眼看就要擒获扎兰丁时，隐藏在大树、巨石后面的花剌子模步兵，在帖木儿蔑里的指挥下，向蒙古骑兵放箭，这才把蒙古骑兵的凌厉攻势压了下去，很多蒙古骑兵被射落马下，铁木格右胸也中了一箭。
当天的战斗，花剌子模大军损失了大量的重兵器车，两万重兵器车兵也几乎全军覆没，两万骑兵剩下不到五千人。蒙古大军也损失了蒙古骑兵两千余人及少数重兵器车。
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