结盟与整编
铁木真消灭克烈部后遂与乃蛮部成为近邻。乃蛮部决定对蒙古发动战争，便派使者到东南部的汪古部共商讨伐蒙古大计。汪古部的酋长阿刺忽失早就知道智勇双全、战绩卓著的铁木真，于是拒绝了太阳罕的要求，逮捕了太阳罕的使者，并让大将秃里必答思送与铁木真。铁木真“酬以马二千蹄、羊二千角”以示感谢。并相约结为同盟，世为婚姻。邀请汪古部同自己一起讨伐太阳罕。
阿刺忽失如约出兵，率先到达会师之地，并派使者通知铁木真。这时铁木真和其部下正在帖木该川围猎，得悉乃蛮计谋后，立即召开部族会议，共商大计。
诸将皆认为现在战马消瘦，不宜做战。等秋高马肥时再进兵。只有汗弟帖木格和异母弟别勒古台力排众议，主张不能坐以待毙，应出其不意，乘其不备，先发制人。铁木真于是决定出征。面对强大的乃蛮部，铁木真不得不认真研究对策，下令对军队进行整编。颁定军制，立千户、百户、牌子头。又与千户、百户以及白身人，选其子弟中有技能和身体健壮的充当护卫军（怯薛军），由阿儿孩撤儿统领。同时，他进一步改组中央政府机构，任命自己的6个亲信那可儿朵歹、多勒忽翰格列、脱仑、不察兰、雪亦客秃为扯儿必，分掌6班宿卫。选拔了80名亲信那可儿充当宿卫，70名那可儿充当侍卫。宿卫值夜班，侍卫值白班，三日夜一轮换。怯薛军平时充护卫，战时做先锋。这就是元代怯薛制度的雏形。为进一步加强军队纪律，铁木真还“宣布札萨克军”，开始颁布札萨法令。
通过这次整编，铁木真不仅克服了部落联盟松散的弊病，而且建立了一支统一指挥的怯薛军，大大地加强了中央集权。
擒杀太阳罕
1204年4月16日，在这个被认为是吉祥的日子，铁木真召集部众祭祀军旗，祈祷军神保佑，命部将哲别、忽必来率领先锋部队先行，随后率主力西进攻打乃蛮部。太阳罕率军越过阿尔泰山，驻扎在哈瑞河边。他的部众还包括札答兰部的札木合、蔑儿乞部的脱脱等曾被铁木真打败的各部旧贵族，双方军队相遇于萨里川一带。起先，铁木真故意放出几匹瘦马，进入乃蛮营地。乃蛮人见蒙古战马如此瘦弱，不仅暗自庆幸。接着又命每个士兵点5堆火，造成人马众多的假象。这种虚张声势的战略使乃蛮人忽信忽疑、犹豫不决、进退两难、军心涣散。太阳罕之子屈出律血气方刚、有勇无谋，对当前情况没有认真分析，便用言语激怒太阳罕下令出师，乃蛮人于是草率出兵，铁木真又用诱敌深入的策略，列阵于纳忽山崖前。待乃蛮人主力开来，他们从四面八方包围了太阳罕的军队，展开了血战。正如《蒙古秘史》中所描述：“四狗”有铁一样的骨头，跳蚤一样的嘴巴，锐利的舌头，钢铁般的心肠，以剑代鞭，饮露骑风，厮杀起来如疯狗吃人肉一般。身穿铠甲的铁木真亲自率领主力部众，横扫太阳罕的营地，似贪婪的老鹰啄食小羊羔一般，太阳罕的亲兵一个个都吓破了胆，抱头逃窜。经过一天的战斗，太阳罕的军队被逼上了纳忽崖，到了夜间，许多人企图另找出路逃命。结果纷纷坠崖，死伤无数。
太阳罕本人受了重伤，不几天就死去了。追随太阳罕的一些小部落氏族见大势已去，便纷纷投靠了铁木真。只有札木合和蔑儿乞部的脱脱父子等少数人逃到远方。
札木合之死
当铁木真收捕乃蛮部众时，跟随札木合的各氏族部众皆已投降，只剩下身边的五个伴当。一天，这五个人饥饿难忍，便偷了一只绵羊，正在烤羊肉吃时，被札木合看见了。札木合把他们大骂一顿，自己独吞了这些羊肉。这五个人一气之下，便把札木合绑了送给铁木真。札木合来到铁木真处说：“黑老鸦会拿鸭，奴仆能拿主人，可汗安答该怎么做呢？”铁木真一向重视维护主奴关系，痛恨那些背叛本主的人，说“敢拿自己正主的人，如何留得？”便当着札木合的面斩了这五个人。铁木真不忍心杀札木合安答，派合撒儿劝说他投降，希望能再做伴当，不要再另有图谋。札木合听完铁木真的话，羞愧难当，希望“安答降恩，令我速死，乞勿使流血而杀之。”并将他的族人托庇于铁木真的威灵之下，朝夕予以照料。铁木真认真考虑了札木合的意见，决定赐其自尽，并葬以厚礼。
与此同时，铁木真命一支蒙古部队马不停蹄，乘胜追击屈出律残部，直至将其围歼在阿尔泰山南面的兀泷古河外，跟随他的士兵无一生还。另一支部队由铁木真率领，追击蔑儿乞部的脱脱父子，双方在合剌答勒忽札兀儿展开激战，脱脱兵败后率几个亲信投奔了不亦鲁黑汗。1205年，铁木真率军越过阿尔泰山，进入不亦鲁黑汗的领地兀鲁黑塔黑。发起突然袭击，将脱脱父子洗劫一空。虽然脱脱父子侥幸逃走，但强大的蔑儿乞部从此土崩瓦解了。至此，铁木真扫平了从阿尔泰山以东，到兴安岭以西的整个漠北草原各部，他一统蒙古，建立游牧帝国的宿愿终于实现了。