成吉思汗于1225年春回到蒙古,在鄂尔浑河支流、土兀剌(土拉)河畔的营帐中度过了1225年到1226年的冬天和1226年夏天。他的长子术赤已受命统治着咸海至里海之间的草原,在接近统治末期,他似乎正在执行一种分裂政策。这使成吉思汗深感忧虑,但是,在父子之间的公开分裂可能发生以前,术赤于1227年2月去世。
成吉思汗还领导了另一次战争。唐兀惕(党项)人在甘肃建立了西夏国,虽然西夏王已经或成为蒙古人的臣属,却不履行职责派分队去参加攻打花剌子模的战争。据《秘史》记载,蒙古人正式要求援助时,一位名叫阿沙甘不的唐兀惕显贵以其主人的名义嘲讽地回答道,如果成吉思汗没有足够的军队,他不配行使至高无上的权力。在成吉思汗看来,如此“放肆”的举动是不能宽容的。成吉思汗也很清楚,为了完成对中国北部的金朝的征服,蒙古人直接占有甘肃、阿拉善和鄂尔多斯是很有必要的。因此他于1226年秋开始征西夏,同年底占领灵州,1227年春开始围攻西夏都城。“居民徒劳地藏匿在山间、洞穴,以避蒙军。田地上尸骨遍野”。后西夏被攻力竭,唐兀主亦鲁忽不儿罕,即蒙古人称之为失都儿忽而中文名字为李眖的遣使请降,他“仅请宽限一个月献城”,这是否因为听说成吉思汗病重而企图迁延时间呢?果然成吉思汗似乎没有医治好他在去年坠马时候的创伤,日渐不支。夏令已届,暑热使他们不安,他往南方寻觅凉爽地方至清河县和龙德县的多山地区,在现今平凉的西北(按:《元史》作清水县西北)一带驻扎。自觉病危,成吉思汗召所钟爱的二子窝阔台和拖雷前来,听受遗命。他对两子说:“我的儿子们,我自觉死期已近。赖天之助,我为你们征服了一个如此辽阔的帝国,自其中央达于边陲,须一年的行程。你如欲保守这个帝国,就要长相团结,行动一致以御一切敌人。你们要共同提高你们部下的利益。你们中间必须有一个人据有帝位。窝阔台将为我的继承人。我死后不要违背我这个选择,察合台不在这里,可不要由他引起纷争。”长子术赤没有提到,是有原因的。在他咸海北方草原的封地深处,拙赤负气和暧昧不明的态度,使人怀疑他因为私生子问题被摈于继承之列而心怀不满,想要谋反。1226年之际成吉思汗竟想派兵惩罚他,到后来人们才知道拙赤因病不能来,术赤大约死于1227年2月,比他父亲先死六个月。根据《元史》,成吉思汗于1227年8月18日,在平凉之西的清水和龙德附近的避暑营盘中溘然长逝。依照伯希和提出的日期计算法,成吉思汗死时年龄只不过刚六十岁。
据《元史》,成吉思汗临终前将彻底击败金人的计划吩咐给他的左右。他说:“金精兵在潼关,南据连山,北限大河,难以遽破。若假道于宋,宋金世仇,必然许我,则下兵唐邓,直捣大梁。金急,必征兵潼关。溘然以数万之众,千里赴援,人马疲敝,虽至弗能战,破之必矣”。窝阔台和拖雷执行了这一策略,于1231年至1232年之间的冬季中,窝阔台由北方进攻黄河防线,进兵潼关前面的河中(博州),由拖雷引军穿过河南南部,作了一个大规模的迂回抄袭,蒙古人由此攻入金人的后方,结果完全成功。如此说来,这个胜利似是成吉思汗本人的战略于身后得到成功。