蒙哥汗在位期间旭烈兀率领的蒙古军对波斯与西亚地区的军事征讨。成吉思汗与窝阔台汗统治时期，已攻占波斯大部地区。公元1251年蒙哥即大汗位后，继续向外扩张。公元1252年，蒙哥汗命其弟旭烈兀分镇波斯，并继续西征未归附国家。原镇戍波斯的蒙古军统归旭烈兀节制，各宗王亦签发一定数量的兵士随从西征。公元1256年，旭烈兀攻灭木剌夷国。(位于今伊朗马赞德兰省)。次年冬天，围攻黑衣大食的首都报达(今伊拉克巴格达)。公元1258年，报达城破，哈里发谟思塔辛投降，被旭烈兀杀于军营，黑衣大食灭亡。公元1259年，蒙古军侵入叙利亚。次年春，旭烈兀闻知蒙哥死迅，遂带兵东返波斯，仅留部分兵力继续西征。后西征军受挫，叙利亚诸城得而复失。阿里不哥与忽必烈争夺汗位期间，旭烈兀支持忽必烈，忽必烈则把阿姆河以西地区划归旭烈兀统治，于是形成了新的宗藩国伊利汗国。

窝阔台死后，由于继承权的争夺，汗位虚悬达五年之久。1246年春，忽尔勒台大会推选窝阔台之子贵由为大汗。贵由继汗位不足三年就死了，拖雷之子蒙哥即位。为征服波斯(伊朗)，蒙哥派遣六弟旭烈兀向西方进军。1256年，旭烈兀率蒙古大军消灭了盘据波斯北部诸山寨的木剌夷国。1258年，又攻下阿拔斯哈里发的报达国(伊拉克巴格达)，灭回回哈里发。1259年，进军苫国(叙利亚)京城大马司(大马士革)，算端(今译苏丹)纳昔儿弃城逃去。但在密昔儿(埃及)援军的反攻下，蒙古军又退出苫国境。旭烈兀后得到蒙哥死讯，引军退至波斯，留先锋怯的不花继续征进。1260年九月，怯的不花军在阿音扎鲁特(今耶路撒冷)被密昔儿军击溃，蒙古西征之役至此告一段落。