是年丙寅，成吉思汗即皇帝位，第一件事就是任命木华黎、博尔为左右万户。成吉思汗从容安详地对他们说：“国内得以平定，你们出力最多。我同你们就好像车有辕，身体有胳膊一样。你们一定要深切体会这一点，不要改变当初的心念。”
金国投降过来的人，都说他们的皇帝完颜璟杀戮宗室亲属，荒淫无道且日甚一日。成吉思汗说：“我出兵有了正当的名义了。”辛未，木华黎跟从成吉思汗讨伐金国，直逼宣德，于是攻克德兴。壬申，进攻云中、九原诸郡，攻克了它们。进军包围抚州。金兵号称40万人马，在野狐岭（今河北万全北）北面摆好阵势。木华黎说：“他们人多我军人少，不拚力死战，就不会轻易地击败他们。”率领敢死队员，跃马横枪，大声呼叫着冲入敌阵，成吉思汗指挥各军一起进攻，大败金兵，追杀至浍河，长达100里的道路上布满了僵硬的敌尸。癸酉，木华黎率军攻打居庸关，该关城墙坚固，无法攻入，派遣别将别率领兵马直奔紫荆口，金国左监军高琪领兵前来拒战，不战而逃，于是拔下涿州。因此又分兵攻克了益都、滨、棣等城，于是部队进驻霸州，史天倪、萧勃迭率部下前来投降，木华黎上奏成吉思汗，一起任命他们为万户。
甲戌，跟从成吉思汗包围燕州，金国皇帝请和，返回北方。成吉思汗命令木华黎统帅各军出征辽东，进抵高州，卢琮、金朴率城投降。乙亥，部将萧也先献计平定了东京（今辽宁辽阳）。进攻北京，金国守将银青率人马20万拒守花道迎战，打败了他，斩首八万余级。城中粮尽，契丹族士兵杀出关来投降，木华黎率军进逼城下，银青的部下杀死了他，推举寅答虎担任主帅，于是率全城投降。木华黎认为他们投降慢了并十分生气，想活埋了他们，萧也先说：“北京是辽西的重镇，人家已经投降却要活埋他们，以后还会再有投降的人吗？”木华黎听从了这个意见。上奏成吉思汗，让寅答虎留守北京，任命吾也而代理兵马都元帅在此镇守。派遣高德玉、刘蒲速窝儿去招降兴中府（今辽宁朝阳），同知兀里卜拒绝投降，杀了蒲速窝儿，高德玉逃走免于一死。没过多久，兴中府的官吏和人民杀了兀里卜，推举当地土豪石天应为主帅，率全城投降，木华黎又进奏成吉思汗，任命他为兴中尹、兵马都提控。
锦州（今在辽宁）的张鲸聚集人马十余万，杀死节度使，自封为临海郡王，于此时前来归降。成吉思汗诏令木华黎，委任张鲸统帅北京十提控的部队，跟随掇忽阑南下征服尚未归附的州郡。木华黎暗中察知到张鲸有谋反的意图，请求成吉思汗派萧也先监视他的部队。进至平州，张鲸声称有病，滞留不前，又计划逃走，监军萧也先把他绑送到成吉思汗所在的地方，处死了他。张鲸的弟弟张致对他哥哥被杀十分愤恨，便占据锦州反叛，攻略平、滦、瑞、义、懿、广宁等州。木华黎率领蒙古不花等部数万人马进讨张致，各州郡多杀死张致所任命的官吏而出降。木华黎率军进逼红罗山，主持杜秀投降，木华黎上奏成吉思汗，任命杜秀为锦州节度使。
蒙古马鞍具丙子，张致攻陷兴中府。七月，木华黎率军兵临兴中。先派吾也而等人攻打溜石山，告诉他说：“现在如果急攻，贼必派兵来增援，我截断他的归路，这样就可以捉住他啦。”又派蒙古不花屯守永德县东边等候敌军。张致果然派张鲸的儿子张东平率骑兵8000、步兵三万人增援溜石。蒙古不花领兵直奔敌军，派人飞马来报告，木华黎半夜率兵急速前进，在神水县东边与敌兵相遇，夹击敌人。把手下士兵分出一半下马步战。又挑选了数千名擅长射箭的人，对他们下令说：“贼军的步兵没穿铠甲，赶快射他们！”又指挥骑兵一起出击，大败敌军，杀死张东平及士兵12800余人。攻下了开义县，进兵围困锦州。张致派张太平、高益出城迎战，又被击败，斩首3000余级，淹死的人无法计算。困守了一个多月，张致对手下将校不努力作战恼羞成怒，杀死了战败失利的将领二十余人。高益十分恐惧，于是捆绑了张致出城投降，张致被处以死刑。广宁的刘琰、懿州的田和尚投降，木华黎说：“这些叛乱的强盗，让他们活着就无法惩示后人。”除工匠和唱戏的人以外，全部杀了他们。攻克了苏、复、海三州，斩杀完颜众家奴。咸平宣抚蒲鲜等人率部众十余万，逃入海岛。
丁丑八月，成吉思汗下诏封他为太师、国王、都行省承制行事，赐予他誓券、黄金印说：“你的封国由子孙相传，世世代代永不断绝。”又把弘吉剌、亦乞烈思、兀鲁兀、忙兀等十支部队以及吾也而的契丹、蕃、汉等部队，一并归他指挥。并且告诉他说：“太行山北面，我自己筹划治理，太行山以南，你好自为之吧。”又把自己出行时车驾所用的九大旗赐给木华黎，并告知诸将说：“木华黎设置此旗发出的号令，就像我亲临到场时发出的号令一样。”于是在云、燕建立行省，以图进取中原。随后从燕州南端进攻遂城及蠡州诸城，攻克了它们。冬天，攻克大名府（今河北大名），于是在东面平定了益都、淄、登、莱、潍、密等州。戊寅，从西京出发经由太和岭进入河东，攻打太原、忻、代、泽、潞、汾、霍等州，全部降服了它们。于是攻占平阳，金国守臣弃城逃走，木华黎任命前锋拓拔按察儿统领蒙古军镇守该城以抵御金兵，任命义州监军李廷植的弟弟李守忠代理河东南路帅府事。己卯，命令萧特末儿等人率部出云州、朔州，进攻并降服了苛岚火山军。任命谷里夹打为元帅达鲁花赤，攻打并拔除了石、隰州，进击绛州，攻克了它。
庚辰，再次从燕州进军攻取赵州（今在河北），进驻满城（今在河北）。武仙率真定府投降。代理河北西路兵马事的史天倪进言说：“目前中原已经大致上得到平定，但是我军所过之处，无不纵兵抢掠，这不是君王抚慰人民的本意。”木华黎说：“讲得太好了。”下令严禁抢劫掠夺，所俘获的男女老少，一律遣还家园故里，军中从此肃然有序，各地的官吏和百姓非常欢喜。进军至滏阳，金国邢州节度使武贵前来投降，进兵攻打天平寨，攻破了它。派遣蒙古不花分兵攻略平定河北的卫、怀、孟州，进入济南。严实带着所属的相、魏、磁、洺、恩、博、滑、浚等州三十万户，前来军营投降。
当时，金兵屯守在黄陵冈，号称20万人马，派遣步兵二万人袭击济南。木华黎率轻装士兵五百击退了他们。于是会合大部队，迫近黄陵冈，金兵在黄河南岸布下阵势，以示决一死战。木华黎说：“这次战斗不能使用长武器，应当用短小的武器才会取胜。”下令骑兵下马，把弓拉满一齐放箭，自己也下马督战，果然大败敌军，淹死了许多人。进攻楚丘。楚丘城池虽小却十分坚固，四面都是水，木华黎命令各军用草木填塞壕沟，直抵城下。严实率所部将士首先登上城墙，攻克了该城。攻下单州，包围东平，任命严实代理山东西路行省，告诫他说：“东平城中的粮食吃尽，敌军一定弃城逃走，你等待他们离去，立即进城安抚百姓，千万不要使郡县受苦，以免坏了大事。”同时留下梭鲁忽秃率蒙古军3000人屯守。辛已四月，东平的粮食吃尽，金国行省长官忙古逃奔汴京，梭鲁忽秃半路狙击他，斩首七千余级，忙古仅率数百名骑兵逃去。严实进入东平城，建置行省，安抚当地人民。
在此之前，郡王带孙攻打洺州（今河北永年），没有攻克，到此时木华黎派石天应拔下了洺州。五月，率军返回野狐岭。宋朝涟水忠义统辖石珪前来投降，木华黎任命他为济、兖、单三州都总管，赐予他绣衣玉带，慰问他说：“你不畏艰难，跋涉数千里，仰慕正义而来，一会儿我当上奏皇帝，赐给你高官显爵，你好好地干吧。”宋朝京东安抚使张琳都来投降，授予张琳山东东路益都、沧、景、滨、棣等州都元帅之职。郑遵也率枣乡、县投降，把这两县升格为元州，任命郑遵为节度使，行元帅府事。
秋八月，木华黎跟随成吉思汗进驻青冢，监国的公主派使者前来慰问，大宴将士，从东胜渡到黄河西岸。夏国的李王请求率五万部众归附。冬十月，再次由云中经过太和寨，进入葭州，金朝守将王公佐逃走，任命石天应代理行台兵马都元帅。进兵攻取绥德，击破马蹄寨，距延安30里处安营住宿。金朝行省长官完颜合达出兵三万在城东布下阵势，蒙古不花率3000名骑兵侦察敌情，飞骑来报说：“敌军看我军人少，有轻敌之心，明日会战，应当开始假装失败再用伏兵取胜。”木华黎采纳了这个建议。半夜率领大部队悄无声息地齐头并进，埋伏在距城东15里的两条山谷之间。第二天，蒙古不花进兵出击，远远地望见金兵就丢下战鼓、旗帜逃走，金兵果然赶来，这时伏兵杀出，战鼓声声震天动地，万箭齐发，金兵大败，被斩杀7000人，被缴去战马800匹。完颜合达逃走退保延安，木华黎率军包围延安半个月，没有攻下，就南下攻取了洛川，攻克了州。
北京代帅石天应活捉并押送来金国勇将张铁枪，木华黎责问他为什么不投降，张铁枪厉声答道：“我受金朝的深厚恩德二十余年，现在事已至此，只有一死罢了！”木华黎认为他十分仗义，想解开绳索饶他一命，手下众将对他不肯屈服都十分恼怒，终于杀了他。于是降服了坊州，大宴士兵。得知金军又重新夺取了隰州，便任命轩成为经略使，于是再次由丹州渡过黄河围攻隰州，攻克了它。留下合丑统帅蒙古军镇守于石、隰之间，授予田雄代理元帅之职。
壬午年秋七月，木华黎命令蒙古不花率军越过秦陇，以扩大声势。视察山川的险峻与平坦，大军取道云中，攻下孟州四蹄寨，把这里的百姓迁移到孟州。拔除了晋阳义和寨，进兵攻克三清岩，进入霍邑山堡，把这里的人迁到赵城县。逼近青龙堡，金朝的平阳公胡天作据守抵抗，部将蒲察定住、监军王和打开山堡大门出降，把胡天作迁到平阳。
八月，有星星白天出现，隐士乔静真说：“现在观察天象，不可出兵征战。”木华黎说：“皇帝命令我平定中原，眼下河北虽然平定，但河南、秦、巩之地还没有攻克，如果因为天象的原因而不进军，天下什么时候才能平定呢？而且违反君王的命令，难道这能算是忠臣吗！”
冬十月，经过晋到了绛州（今山西绛号），拔除了荣州胡瓶堡，他的部队所到之处无不望风归附，河中地区长期以来被金国占据，到此时才重新回归。木华黎召见石天应说：“蒲城是河东的要害之处，我选择守将，非你不可。”于是任命石天应代理河东南北路陕右关西行台，平阳李守忠部、太原攸哈剌拔都部、隰州田雄部，一并受其节制。木华黎命令石天应修建浮桥，等大军回师时使用。于是渡过黄河拔除了同州，攻克蒲城，直奔长安。金朝京兆行省完颜合达拥兵20万坚持固守，未能攻克。就拨出部下兀胡乃、太不花所部6000人屯守于此。派遣按赤率3000名士兵截断潼关，于是向西进击凤翔，一个多月也没有攻下，对各位将领说：“我奉命专事征伐，不过几年时间就攻取了辽西、辽东、山东、河北，没费多余的力气；前些天攻打天平、延安，现在攻打凤翔都没有拿下，难道是我的生命要走到尽头了吗？”于是就把部队驻扎在渭水南岸，派蒙古不花向南越过牛岭关，攻占了宋朝的凤州而返回。
当时中条山的盗贼侯七等人聚众十余万，探知木华黎的大部队已经西进，便阴谋袭击河中。石天应派别将吴权府率500名士兵夜里出东门，埋伏在两条山谷之间，告诫他说：“等贼军过去一半，赶紧出击，我在他们的前面，你攻打他们的后面，这样就可以打败他们。”吴权府喝醉了酒没有按时到达，石天应战死。城被攻陷，贼军烧毁屋舍，杀戮抢掠人民，退回中条山。先锋元帅按察儿在途中阻击，打败了贼军，斩首数万级，侯七再次逃去。木华黎下令石天应的儿子斡可继续统领他的部下。
癸未春，部队返回，但浮桥尚未建成，木华黎回头对众将领说：“桥还没有完工，难道能坐着等待吗？”又攻下了十余个河西一带的堡寨。三月，渡过黄河回到闻喜县（今属山西），病情加重，招呼他的弟弟带孙说：“我为国家建立了伟大的功业，穿着铠甲，手执武器将近四十年，东征西讨，没有什么可遗恨的，只恨汴京还未攻下！你要努力啊。”去世，终年54岁。后来太祖成吉思汗亲自攻打凤翔，对诸将说：“要是木华黎在世，我就用不着亲临此地了！”至治元年（1321年），成吉思汗下诏封孔温窟哇为推忠效节保大佐运功臣、太师、开府仪同三司、上柱国、鲁国王，谥号是忠宣；木华黎为体仁开国辅世佐命功臣、太师、开府仪同三司、上柱国、鲁国王，谥号是忠武。
蒙古名将速不台
