Đế chế chư hầu Tây Hạ đã từ chối không tham chiến chống lại đế chế Kharezm, và Thành Cát Tư Hãn đã thề dành cho họ sự trừng phạt. Trong khi ông đang ở Iran, Tây Hạ và Kim đã hình thành liên minh chống lại người Mông Cổ. Sau một thời gian nghỉ ngơi để chỉnh đốn quân đội, Thành Cát Tư Hãn chuẩn bị chiến tranh chống lại liên minh này.

Cùng thời gian này, ông cũng phải suy nghĩ về việc chọn người kế nghiệp để xóa bỏ những cuộc tranh giành liên miên giữa các con; ông đã chọn người con trai thứ ba là Oa Khoát Đài (Ögedei) làm người kế nghiệp cũng như thiết lập cơ chế lựa chọn những người kế nghiệp trong tương lai với điều kiện họ phải là hậu duệ của ông. Ông đã nhận được những báo cáo tình báo về lực lượng Tây Hạ, Kim và chuẩn bị lực lượng 180.000 quân cho các chiến dịch mới.

Năm 1226, Thành Cát Tư Hãn tấn công Tây Hạ với cớ là Tây Hạ chứa chấp kẻ thù của Mông Cổ và để trừng phạt sự phản bội của họ. Tháng 2, ông chiếm các thành phố Hắc Thủy, Cam Châu (甘州) và Túc Châu (肃州) và trong mùa thu năm đó ông chiếm phủ Tây Lương. Các tướng Tây Hạ đã đánh một trận lớn với quân Mông Cổ gần dãy núi Hạ Lan Sơn (贺兰山). Quân Tây Hạ đại bại. Tháng 11, ông bao vây thành Linh Châu (灵州) và vượt qua sông Hoàng Hà đánh bại quân cứu viện của Tây Hạ.

Năm 1227, ông tấn công kinh đô Tây Hạ, trong tháng 2 chiếm phủ Lâm Thao, tháng 3 chiếm quận Tây Ninh (tỉnh Thanh Hải ngày nay) và phủ Tín Đô (信都府). Trong tháng 4 chiếm quận Đức Thuận. Tại Đức Thuận, tướng Tây Hạ Mã Kiên Long chống lại quân Mông Cổ trong nhiều ngày cả trong và ngoài thành. Mã Kiên Long sau đó chết do bị tên bắn. Thành Cát Tư Hãn sau khi chiếm Đức Thuận, tiến quân tới Lục Bàn Sơn (thuộc huyện Thanh Thủy (清水), thành phố Thiên Thủy, tỉnh Cam Túc) để tránh mùa hè khắc nghiệt.

Vua Tây Hạ mới, đã chính thức đầu hàng quân Mông Cổ năm 1227 và hẹn xin nộp thành. Tây Hạ bị diệt sau khi tồn tại 190 năm, từ 1038 đến 1227. Trước thời hạn vua Tây Hạ nộp thành vừa đúng một ngày thì Thành Cát Tư Hãn mất. Quân Mông Cổ đã giết vua Tây Hạ và cả hoàng tộc này.

Trước khi chết, Thành Cát Tư Hãn đã chia đế chế của ông cho bốn người con trai. Truật Xích là lớn nhất, nhưng đã chết và quan hệ huyết thống của ông ta cũng bị nghi ngờ, vì thế những vùng đất xa xôi nhất của đế quốc như miền nam Ruthenia đã được chia cho các con của Truật Xích là Bạt Đô thủ lĩnh của Thanh Trướng hãn quốc, và Oát Nhi Đáp (Orda), thủ lĩnh của Bạc Trướng hãn quốc. Sát Hợp Đài (Chagatai), người con trai thứ hai, là người nóng nảy được chia vùng Trung Á và bắc Iran. Oa Khoát Đài (Ogedei), con trai thứ ba là Đại hãn và nhận được Trung Quốc. Đà Lôi (Tolui), trẻ nhất, nhận Mông Cổ. Tháng 7 âm lịch năm 1227, sau khi nhận được tin hoàng tử Truật Xích ở Khwarezm qua đời, Thành Cát Tư Hãn bệnh nặng. Trên giường bệnh, Thành Cát Tư Hãn phác thảo kế hoạch cho Đà Lôi, kế hoạch mà sau này được những người kế vị sử dụng để triệt hạ dứt điểm nhà Kim và tuyên bố người kế vị là Oa Khoát Đài.

Trước lúc tắt thở, Thành Cát Tư Hãn vẫn không quên nói ra chiến lược tác chiến sinh tử giữa 3 quốc gia lớn: Mông Cổ, Kim và Nam Tống. Sách lược của Thành Cát Tư Hãn là trước mượn đường Tống để diệt Kim, sau đó quay lại diệt Tống. Không những thế, Thành Cát Tư Hãn còn chỉ cụ thể con đường xuất quân và việc thực hiện phương án tác chiến. Ông nói: "Quân tinh nhuệ của Kim ở Đồng Quan, phía nam chiếm cứ Liên Sơn, phía bắc bị hạn chế bởi sông lớn, như thế khó đánh thắng nhanh. Nhưng Tống và Kim có mối thù truyền kiếp, giả liên Tống thì đánh Kim sẽ dễ. Bởi lúc này Kim nóng vội, trưng binh hàng vạn, tiếp tế khó khăn, người ngựa mệt mỏi, ta sẽ đánh thắng".[17] Nói xong, Thành Cát Tư Hãn tắt thở, ông băng hà ngày 18 tháng 8 năm 1227 tại huyện Thanh Thủy, gần Lục Bàn Sơn, Trung Quốc, thọ 66 tuổi. Nguyên nhân cái chết của ông vẫn chưa được sáng tỏ, nhiều người cho rằng do ông ngã ngựa vì tuổi già và suy giảm thể lực hay bị hạ độc từ phía kẻ thù. Biên niên sử Galicia-Volhynia cho rằng ông bị những người Đảng Hạng giết chết, tuy nhiên đến ngày nay vẫn chưa ai biết rõ.

Sau khi Oa Khoát Đài kế vị, đại quân Mông Cổ tuân theo lời của Thành Cát Tư Hãn trước lúc mất, ồ ạt mở cuộc tấn công chưa từng thấy vào nước Kim, cuối cùng Kim bị tiêu diệt (9/2/1234)