Кампания была хорошо подготовлена. Разведчики и шпионы заранее собрали необходимую информацию. Было решено, что булгары и другие народы восточной окраины Руси по течению Волги, равно как кипчаки (половцы) и иные племена Нижнего Поволжья и нижнего Дона должны быть разбиты в первую очередь, с тем чтобы обеспечить надежные коммуникации и тылы армий, действующих на Руси. Большинство из этих целей было успешно достигнуто в течение двух лет (1236–1237 гг.). В то время как Мункэ отвечал за кампанию против куманов, Бату при поддержке Субэдэя предпринял завоевание государства волжских булгар, чья столица — Великий Булгар — была уничтожена в 1237 г. Осенью того же года основная армия Бату пересекла Волгу в булгарском регионе.
Считается, что на этот раз Субэдэй решил завоевать вначале Северо-Восточную Русь. Поскольку Субэдэй намеревался продолжить поход далеко на Запад, в Киевские земли и затем в Венгрию, он должен был обеспечить безопасность своего северного фланга для будущих операций. Таким образом, поражение князей северорусских земель явилось бы предпосылкой для дальнейшей западной экспансии. Как это ни кажется парадоксальным современному читателю, Субэдэй рекомендовал зиму как наилучший период военных операций в Северной Руси. Дело в том, что в Монголии зима сурова, и монголы привычны к морозам; кроме того, они были хорошо защищены от холода своими меховыми одеждами. Монгольские кони также не боялись крепких морозов и, когда снег не был слишком глубоким, умели находить под ним листья или жнивье. Основным преимуществом зимней кампании было то, что многочисленные реки и озера Северной Руси были покрыты льдом, что очень облегчало операции захватчиков.
Хотя русские знали о монгольском походе на волжских булгар, они не оценили всю серьезность ситуации, возможно, предполагая, что монголов несколько задержит сопротивление булгар. Поэтому, когда Бату пересек Волгу, русские не были готовы достойно его встретить. Вместо того чтобы направиться прямо к городу Владимиру, монголы прежде напали на Рязань в среднем течении Оки. Город пал 21 декабря 1237 г. Отсюда они направились на Москву. Хотя Москва не была еще главным русским городом, его центральное местоположение делало его важной целью для Субэдэя. Взяв Москву, которую он сжег, Субэдэй не только блокировал Владимир, но и стал угрожать всему русскому северу, включая богатый Великий Новгород, финансовую основу могущества великого князя Юрия II.
Великому князю ничего не оставалось, как отступить на север со своею свитой, чтобы организовать сопротивление на Верхней Волге. Надеясь на силу фортификационных сооружений своей столицы, города Владимира, князь оставил там свою жену и двух сыновей с довольно большим гарнизоном, очевидно полагая, что город выдержит осаду до тех пор, пока он не освободит его с новой армией, которую он планировал собрать на севере. Юрий устроил свою ставку на берегу реки Сить, притока Мологи, которая, в свою очередь, является притоком Волги. Проанализировав ситуацию, Субэдэй послал свой авангард на север для наблюдения за движением русских войск и повел основную армию на Владимир. После шестидневной осады город был взят штурмом 8 февраля 1238 г., и все, кто уцелел, были убиты, включая семью великого князя. Затем Владимир был разрушен. Монголы сразу же двинулись к реке Сить. Перехитрив русских, они атаковали армию великого князя с различных направлений. Русские были разбиты, а Юрий II погиб в битве 4 марта. Дорога к Новгороду была теперь открыта для монголов. Они остановились за сто километров до своей цели, и после тщательного анализа сложившейся обстановки предводитель монголов решил повернуть назад, испугавшись наступления весенней оттепели, которая могла сделать дороги непроходимыми. Вместо того чтобы возвращаться прежним путем — через районы, где уже все города, источники питания и фуража были уничтожены, — монгольская армия направилась прямо на юг. Грабя боярские поместья и деревни на своем пути, они обходили города, избегая каких-либо столкновений, которые могли замедлить их марш. С одним, однако, исключением. Маленький городок Козельск в современной Калужской области, который находился на их пути, отказался сдаться. Убежденные, что штурм не займет много времени, монголы решили взять его. Но они просчитались. Осада Козельска длилась семь недель и закончилась лишь тогда, когда все его защитники были убиты. После этого монголы двинулись на юго-восток к бассейну нижнего Дона. Здесь армия получила значительную передышку, в которой очень нуждались и люди, и кони. Богатый источник пополнения поголовья лошадей составляли кони, захваченные у половцев вместе с табунами, которые монголы гнали из Казахстана.