下完命令后，成吉思汗命令所有人都出去，他抱着木阿秃干的尸体，把自己关在自己的汗帐，呆了整整三天三夜，不忍心离开木阿秃干。
第四日凌晨，成吉思汗把木阿秃干埋葬后，亲自指挥对范延堡残军的进攻，他命令全军不惜一切代价的进攻。
这时的范延堡城内已经是尸体“堆积如山”。里面有花剌子模士兵的尸体，也有蒙古士兵的尸体。
城内的花剌子模残军还有数万人，他们不惧生死，英勇的和蒙古大军进行巷战。
蒙古大军经过一番浴血奋战最终拿下整个范延堡。
扎兰丁等人率领一万余人逃到范延堡南门，刚命士兵搬开南门巨石，蒙古骑兵就杀来了。很多花剌子模士兵被杀死，帖木儿蔑里等将率军保护扎兰丁拼死突围，才从南门逃了出去。
遵照成吉思汗“将范延堡夷为平地”的旨意，蒙古大军随后进行了残酷的大屠杀，不但杀光了城里所有的残军，杀光了城里的牲畜，砍光了城里的植物，还烧毁了城里所有的房屋。甚至连留下来的土石建筑、防御工事也不放过，被蒙古大军全部拆掉，真正做到了“夷为平地”。
不仅如此，成吉思汗还不解气，又给范延堡城改了一个名字，叫做“卯危八里”，波斯语就是“歹城”的意思，以此诅咒它不能再生长任何生命。
范延堡之战，蒙古大军以战死两千骑兵、一万攻城步兵的代价，歼灭花剌子模大军八万余人。扎兰丁等人仅率一千余名骑兵从范延堡南门突围。