扎兰丁率领三万人马行军三日，来到古儿疾汪城以南二百里的范延堡。
范延堡是位于撒马尔罕与哥疾宁城之间，是花剌子模南部地区第二大城，也是花剌子模最大的城堡之一（全部以土石建筑为主），开南北两门。城内百姓十余万，守军一万。
扎兰丁来到范延堡后，将城内守军和预备军全部收编，使得兵力总数达到八万。扎兰丁命人遣散百姓，将南北两门用巨石封死，然后开始布防。
五日后，帖木儿蔑里逃回范延堡。得知蒙古骑兵战死一万余人，扎兰丁大喜，命人将此消息传至各级将领，花剌子模士兵一时士气大振。
又五日后，蒙古大军七万人马兵临范延堡城下，将范延堡围的水泄不通。
帖木儿蔑里对扎兰丁说，苏丹陛下，我们兵力多于蒙古大军，而且敌军里面还有很多是花剌子模人，战斗力并不强，与其坐以待毙，不如主动进攻？
扎兰丁却说，但是蒙古大军里面的三万骑兵战斗力非常强悍，而且他们还有很多重兵器车，我们只能以防御工事为掩体，蒙古人攻上一个杀一个，等他们兵力消耗的差不多了，我们再主动进攻，才有可能战胜蒙古人。
众将皆说，苏丹陛下英明！
次日凌晨，成吉思汗指挥重兵器车兵推送重兵器车向范延堡发起进攻。但范延堡和讷思来忒忽堡、古儿疾汪城一样，都是土石结构，火箭、石块对攻城没有很大用处。于是一个时辰后，成吉思汗命令攻城步兵开始攻城。
上万蒙古攻城步兵通过攻城云梯攻打城墙，进入城墙倒是顺利，但一翻入城墙内，七、八万花剌子模士兵就从防御工事下面冲上来，开始围攻蒙古攻城步兵。
成吉思汗见此情景，准备命令蒙古骑兵开始攻城。窝阔台说，父汗，敌军势大，等攻城步兵拼杀完了，蒙古骑兵再上吧。