O filho de Muhammad, Jalal ad-Din Mingburnu, voltou ao Irã em c. 1224 depois de fugir para a Índia. Os estados turcos rivais, que eram tudo o que restava do império de seu pai, rapidamente declararam sua lealdade a Jalal. Ele repeliu a primeira tentativa mongol de tomar a Pérsia Central. No entanto, Jalal ad-Din foi subjugado e esmagado pelo exército de Chormaqan enviado pelo Grande Khan Ögedei em 1231. Durante a expedição mongol, o Azerbaijão e as dinastias persas do sul em Fars e Kerman se submeteram voluntariamente aos mongóis e concordaram em pagar tributo. A oeste, Hamadan e o resto da Pérsia foram protegidos por Chormaqan. Os mongóis invadiram a Armênia e a Geórgia em 1234 ou 1236, completando a conquista do Reino da Geórgia em 1238. Eles começaram a atacar as partes ocidentais da Grande Armênia , que estava sob o domínio dos seljúcidas , no ano seguinte. Em 1237, o Império Mongol havia subjugado a maior parte da Pérsia (incluindo o atual Azerbaijão), Armênia, Geórgia (excluindo o Iraque abássida e as fortalezas ismaelitas ), bem como todo o Afeganistão e Caxemira . Após a batalha de Köse Dağ em 1243, os mongóis sob Baiju ocuparam a Anatólia , enquanto o sultanato seljúcida de Rûm e o Império de Trebizonda se tornaram vassalos dos mongóis.
Em 1236, Ögedei ordenou que a Grande Khorasan fosse restaurada e a cidade de Herat repovoada. A maioria dos governadores militares mongóis acampou na planície de Mughan, onde hoje é o Azerbaijão. Percebendo o perigo representado pelos mongóis, os governantes de Mosul e da Armênia Cilícia submeteram-se ao Grande Khan. Chormaqan dividiu a região da Transcaucásia em três distritos com base na hierarquia militar mongol. Na Geórgia, a população foi dividida temporariamente em oito tumens . Em 1244, Güyük Khan parou de arrecadar receitas de distritos na Pérsia também e ofereceu isenções de impostos a outros. De acordo com uma denúncia do governador Arghun, o Velho (Arghun agha), Möngke Khan proibiu ortog- merchants (comerciantes muçulmanos contratados por mongóis) e nobres de abusar de estações retransmissoras e civis em 1251. Ele ordenou um novo censo e decretou que cada homem no Oriente Médio governado pelos mongóis deve pagar na proporção de sua propriedade. A Pérsia foi dividida entre quatro distritos sob Arghun. Möngke Khan concedeu aos kartidas autoridade sobre Herat, Jam, Pushang (Fushanj), Ghor , Khaysar, Firuz-Kuh, Gharjistan, Farah, Sistan , Cabul, Tirah e Afeganistão.
Hulagu Khan , terceiro filho de Tolui, neto de Genghis Khan e irmão de Möngke Khan e Kublai Khan, foi o primeiro cã do Ilkhanato. Imediatamente após a ascensão de seu irmão Möngke como Grande Khan em 1251, Hulagu foi nomeado administrador do Norte da China, no entanto, no ano seguinte, o Norte da China foi designado para Kublai e Hulagu encarregado de conquistar o Califado Abássida . Ele recebeu um quinto de todo o exército mongol para a campanha e levou seus filhos Abaqa e Yoshmut com ele. Hulagu também levou consigo muitos eruditos e astrônomos chineses, com os quais o famoso astrônomo persa Nasir al-Din al-Tusi aprendeu sobre o modo das tabelas de cálculo chinesas . Um observatório foi construído em uma colina de Maragheh . Assumindo o controle de Baiju em 1255, Hulagu estabeleceu o domínio mongol da Transoxiana à Síria . Ele destruiu o estado Nizari Ismaili e o Califado Abássida em 1256 e 1258, respectivamente. Em 1258, Hulagu se autoproclamou Ilkhan (cã subordinado). Depois disso, ele avançou até Gaza, conquistando brevemente Ayyubid Síria e Aleppo em 1260. A morte de Möngke forçou Hulagu a retornar à Mongólia para participar do kuriltai para o próximo Grande Khan. Ele deixou uma pequena força de cerca de 10.000 para trás na Palestina, que foi derrotada na batalha de Ain Jalut pelos mamelucos do Egito .
Devido às mortes suspeitas de três príncipes Jochid a serviço de Hulagu, Berke da Horda de Ouro declarou guerra a Hulagu em 1262. De acordo com historiadores mamelucos, Hulagu pode ter massacrado as tropas de Berke e se recusado a compartilhar seu butim de guerra com Berke. Berke buscou um ataque conjunto com Baybars e forjou uma aliança com os mamelucos contra Hulagu. A Horda de Ouro despachou o jovem príncipe Nogai para invadir Ilkhanate, mas Hulagu o forçou a voltar em 1262. O exército Ilkhanid então cruzou o rio Terek , capturando um acampamento Jochid vazio, apenas para ser derrotado em um ataque surpresa pelas forças de Nogai. Muitos deles morreram afogados quando o gelo quebrou no rio Terek congelado.
Em 1262, Hulagu deu a Grande Khorasan e Mazandaran a Abaqa e o norte do Azerbaijão a Yoshmut. O próprio Hulagu passou seu tempo vivendo como nômade no sul do Azerbaijão e na Armênia . Durante seu governo inicial, o Ilkhanate experimentou revoltas em massa por seus súditos, com exceção dos Seljukids e Artuqids na Anatólia e Mardin . Só depois de Shams al-Din Juvayni ser nomeado vizir, depois de 1262, as coisas começaram a se acalmar e uma administração mais sustentável foi implementada.