成吉思汗的身体越来越衰弱，病情越来越重了。一天，他连做多梦，都是和那些死去的将领在一起，便有了寿命将终的预感。对于他来说，眼下是考虑继承自己汗位的问题了。在他的四个嫡子中间，长子术赤已于不久前病死，这件事他每次想起来，心里总有一些负疚的感觉。
在剩下的三个儿子中，察合台当时不在西夏战场，他率领后备军驻守蒙古大营。
现在，只能让三子窝阔台与幼子拖雷（他俩一直是成吉思汗最宠爱的儿子）来到自己的身边，当时，将领满帐，老铁同志让将领们暂避，然后就叮嘱他的这两个儿子说：“吾儿，父殆至寿终矣。赖长生天之助力，吾已为汝等建此大帝国。自国之中央达于四方边极之地，皆有一年行程。设若汝等欲保其不致分解，则必同心御敌，一意为汝等之友朋增加富贵。汝等中应有一人承大位。吾死后，汝等应奉窝阔台为主，不得违我遗命。察合台不在侧，应使其勿生乱心！”
成吉思汗遗命窝阔台继承汗位，后来，他的儿子们和众大臣、将领们也确实执行了这一遗命。但是，正像成吉思汗生前所安排的，窝阔台是继承了汗位，幼子拖雷却继承了实权。
原来，当时蒙古游牧社会中，还长期存在着“幼子守产”的习惯法。儿子长大成人，就离开父母独立生活，他们有权带走父母的一部分财产，但最小的儿子则不离开父母，他要继承父母留下来的大部分财产。
成吉思汗实际上也是按照这种幼子守产的习惯法，在亲族中划分各人的属民和份地的。
他把他的兄弟们分封在东面：哈撒儿分在蒙古东北部，合赤温的儿子（合赤温已早死）分在蒙古东部，铁木格分在蒙古最东北，别勒古台分在鄂嫩河、克鲁伦河中游一带，这四个弟弟后来称为“东道诸王”。
成吉思汗有妻妾无数，只有六人具有皇后地位，她们是孛儿帖、也速干、也遂、忽兰、古儿别速（已死）和合答安。
大皇后孛儿帖生的四个儿子：术赤、察合台、窝阔台、拖雷，他们四人的地位最尊贵，被称为“四曲律”（“曲律”是对卓越的人才、骏马的称呼），成为成吉思汗黄金家族的四大支柱。
除拖雷以外，这几个儿子也有自己的属民和份地，他们被称为“西道诸王”。他们的份地从北向南，依次展开在从额尔齐斯河流域到维吾尔边境的草原地带，其中术赤的封地最远，由他的大儿子拨都继位。
幼子拖雷没有另外的份地，他继承老爸成吉思汗统领的大片地方。成吉思汗去世前夕，蒙古军队共有十二万九千人，其中分给诸子、诸弟二万八千人，剩下的十万零一千人，都属于成吉思汗本人，一旦他死后，这支军队则属于幼子拖雷。
因此，成吉思汗的最贵重的财物，所统领的各个部落，全国的大部分军队，都留给了拖雷。之所以不把汗位也按幼子守产原则传给拖雷，是因为，成吉思汗并不认为汗位是纯粹属于他私人、因而可以传给幼子的私人财产。大汗是整个成吉思汗“黄金家族”的财产看管人，他不仅应对属于自己的份地，而且必须对整个大帝国负责。所以汗位继承的资格，应以能力为原则，应以德才双全作为衡量的标准，而不能以幼子守产的传统习俗来确定。
成吉思汗的病情越来越恶化，当此弥留之际，他仍不忘对金国的战事，因为西夏已经灭亡，但是蒙古世敌金王却一直据守着河南，而河南开封又似乎是不可攻破的坚固堡垒。这样一来，生命垂危的成吉思汗想到了他一生事业尚未完成的这一部分，便向他的儿子们秘授了攻取开封的战略，这便是他的第二份遗嘱。
他向幼子拖雷等人说：“金精兵在潼关（潼关是河南陕西一侧的门户），南据险山，北限黄河，难以遽破。从此进兵，势难取胜。应假道于宋。宋金世仇，必能许我。可由宋道下兵河南南部，由河南南部直取开封。届时金急，必征屯集于撞关之精兵。然以数万之众，千里赴援，为时已晚。即使彼撞关援兵赶到，必定人马疲惫而不能战。如此，则破开封易矣。”
这就是成吉思汗弥留之际，在病床上向他的儿子和将领们口授的最后的一份作战计划。
这一段话，虽然很简短，文字也极通俗，但却包含着对当时蒙、金、宋各方面形势的精辟分析，蕴含着成吉思汗丰富的战略战术经验，体现着高超的统一战线谋略，是中外战争史上著名的成功谋略，是成吉思汗军事理论的集中体现。
六年后，拖雷率领众将很好地实施了这一计划，蒙古人在公元1233年5月攻破开封。
成吉思汗还交待说：“我死后，你们不要为我发丧、举哀，不要让敌人知道我已死去。”他在担心因为他的死亡而导致敌人又顽强抵抗起来。
病危的成吉思汗还想到要彻底地向唐兀惕报仇雪恨，彻底消灭唐兀惕人。他的这一愿望也是在他死后才得到满足的。他病危时，西夏首都中兴府正在陷落。成吉思汗觉得，他在这个时候死，也是唐兀惕人导致的，因为正是这些不忠的附庸迫使他带病继续征战。因此，他下令一定要将中兴府的军民，不分男女，自父母至其子孙之子孙，全部斩尽杀绝。他指示部下说，他死后，要把灭夏作为献于他的遗体前的祭品，应当告诉他：大仇已报，唐兀惕王国已经消失，不复存在了。成吉思汗还遗命说：“每饭则应告朕：唐兀惕人已被灭无遗矣！大汗已珍灭其种矣！”
就这样，成吉思汗临终以前就已决定以屠杀整整一个民族来作为自己死后的葬礼。不过，后来唐兀惕人并没有一个不留地全部被杀绝，因为，仅那个陪伴成吉思汗最后一次远征的也遂一人就得到了许多唐兀惕人，这些唐兀惕人都成了她的奴隶。
成吉思汗病危时对其忠实的将领脱仑扯儿必说了一些充满友情的话，因为上一年他从马上摔下来后，脱仑扯儿必曾建议推迟远征。所以成吉思汗对脱仑扯儿必说：“我在阿儿不合围猎的时候受伤，你是第一个怜惜我的性命，向我进言，劝我及时休养以期痊愈的……我没有听你的劝告，只因为我是为惩罚那些可恶的唐兀惕人而来，为惩戒那些恶毒的讥讽之言而来……依赖长生天之力，我们的仇已经报了……唐兀惕王所进贡的财物，华帐、金银器皿，我特批赏赐给你吧。”
据一位编年史作者记载，老铁同志临终时情绪很是伤感，他忧伤地说：“我的子孙后代将穿着金衣，吃着美食，跨着宝马雕鞍，拥着绝色美妇。然而他们将不再记得，这些荣华富贵是靠哪个人才得到的啊……”
1227年农历七月十二日（公历8月25日），成吉思汗铁木真病逝于甘肃东部山区渭河北面的清水县（当时他正在那里避暑养病），终年刚刚66岁。
后来到元二年（1265年）十月，元世祖忽必烈追尊成吉思汗庙号为太祖，至元三年（1266年）十月，太庙建成，制尊谥庙号，元世祖追尊成吉思汗谥号为圣武皇帝。至元八年（1271年），忽必烈改国号为“大元”。至大二年（1309年）十二月，元武宗海山加上尊谥法天启运，庙号太祖。从此之后，成吉思汗的谥号变为法天启运圣武皇帝。
其实，关于成吉思汗的死因，总共有六种传说，多与西夏有关。
1、雷击。蒙古人迷信“上天以雷电警告不孝者”，成吉思汗因惹母亲生气导致母亲去世，有不孝之嫌，所以特别害怕雷电，传说1227年夏，成吉思汗误入雷区，被雷击致死。“雷击说”这种说法比较离奇。出使蒙古的罗马教廷使节约翰·普兰诺·加宾尼在其文章透露，成吉思汗可能是被雷击身亡。约翰·普兰诺·加宾尼当时到达蒙古时，发现夏天的雷电伤人事故频发，“在那里却有凶猛的雷击和闪电，致使很多人死亡。”因为这原因，蒙古人很怕雷电。南宋彭达雅所著《黑鞑事略》记载，“鞑人每闻雷霆，必掩耳屈身至地，若躲避状。”约翰·普兰诺·加宾尼为葡萄牙人，出使中国的确实时间是公元1245－1247年，由教皇诺森四世派遣而来，返后向教皇提交了题为《被我们称为鞑靼的蒙古人的历史》出使报告。约翰·普兰诺·加宾尼来时距成吉思汗死亡只有18年，比马可·波罗早30年，所以他的记叙也是有根据的。
2、被刺。据俄罗斯探险家搜集的资料表明，成吉思汗在西夏作战时俘获一西夏后妃——古尔伯勒津郭斡哈屯，在宠幸她时，这位后妃切下了他的那“一部分”为夫报仇（老铁同志一生以睡敌人老婆为乐事，也许这个传说还是真的呢，古时候烈女还是比较多的啊），然后投河自尽。成吉思汗也因伤重不治而亡。其后继者实现了对西夏的征服。并对西夏人展开报复性大屠杀。“被刺说”是下毒说的另一版本。蒙古民间传，成吉思汗的军队进攻西夏的过程中，兵士俘虏到了很漂亮的西夏王妃古尔伯勒津郭斡哈屯，进献给成吉思汗。就在陪寑首夜，这位西夏王妃刺死放松警惕性的成吉思汗。被刺一说源于成书于清康熙元年（公元1662年）《蒙古源流》。此书很珍贵，一百年后，即1766年蒙古喀尔喀部亲王成衮扎布作为礼物将此书手抄本进献乾隆。乾隆令人译为满、汉两种文本，并题书名《饮定蒙古源流》收入《四库全书》。应该说，成吉思汗被刺说也是有很高的可信度的。
还有一种说法是最搞笑的，就是“被咬掉生直器说”，即未见于正史，野史也没有记述，但在外蒙古人中间流传。这一风流事件也是因为西夏王妃古尔伯勒津郭斡哈屯，“凶手”当然就是这位美丽女人了。据说，这位主妃被献给成吉思汗铁木真后，老铁同志当晚立马要她做他的妃子，王妃表面同意了。但不甘受辱，集家仇国恨于一身的王妃在陪寑当天夜里，借行房后老铁同志精毕力尽之时，将他的阳货给咬掉了，顿时血流如注。一个长年在外征战的六十六岁的老人，哪遇到过这种事情，又哪经得起这样的折腾，羞恨交加，遂致病重而亡。因为这是一件发生在帝王身上的难以启齿的特大丑事，就被瞒了下来，对外只称大汗是坠马受伤致病重。本来就不想活的西夏王妃，自知成吉思汗不会过放过她，早乘混乱逃出来跳黄河自尽了。
如果成吉思汗真是死于西夏王妃之手，那么行刺和下毒都是不具体条件的，陪寑时乃果体，何处藏带凶器和毒药？即使带有凶器和毒药，作为一个被俘之人也是要搜身的。在这种情况下，两手空空的王妃最致命的暴力行为自然是“咬”了——咬男人的要害处。故而，这个传说也自有它可信的地方。唔！这个传说够得上是中国古代帝王风流故事中的极品了！真是这样，这也是一种报应——风流人物风流死。在几十年的南征西进中，每到一地，成吉思汗和他的手下，必夺抢女人，处处留情，后代子孙无数，被史学界戏称为“播种机”。
3、中箭死亡。史载，1227年初成吉思汗伐西夏时膝部中毒箭，最终致命。意大利著名旅行家马可·波罗在自己的遗著中认为：成吉思汗死于箭伤。《圣武亲征录》说，成吉思汗受箭伤有三次：1202年阔奕坛之战、1212年攻西京之战、1226年攻西夏时，西夏军队的连发弩射出的带有巨毒的箭头射伤成吉思汗的膝部。估计最后一次箭伤对其身体影响较大。《世界侵略者传略》、《史集》、《元史译文》、《纲目译文》等国外、国内书籍都说箭伤后“汗病八日死”。
4、坠马。蒙古人撰编的《元朝秘史》（卷十四）记载，“成吉思既住过冬，欲征唐兀。从新整点军马，至狗儿年秋，去征唐兀，以夫人也遂从行。冬间，于阿儿不合地面围猎，成吉思骑一匹红沙马，为野马所惊，成吉思汗坠马跌伤，就于搠斡儿合惕地面下营。”其中最正统也为更多人知道的，即《元史》中采信的“坠马说”。
5、中毒。民间另有传说，成吉思汗是“中毒”而死，但却不是中了西夏兵士的毒箭，而是让被俘虏的西夏王妃古尔伯勒津郭斡哈屯乘陪寑之机下毒毒杀。
6、病死。因斑疹伤寒病死于军中。
无论是何种死因，总之，这位蒙古族的英雄，一个叱咤风云的帝王——成吉思汗，终于走完了他六十六年的不平凡的岁月，带着征服世界的丰硕成果，永远地离开了他深深爱恋着的蒙古草原。
成吉思汗病逝之后，根据他“死后不发丧”的遗言，人们把这位大汗的遗体放在一辆车上，运往他的家乡。
灵车开始启动，全军悲悼哭泣。就在这一片呜咽声中，灵车缓缓前进着。
一位苏尼特部的吉鲁格台把阿秃儿随车一边呜咽，一边呼唤着死者，号哭着招魂：“呜呼，我的主人！雄鹰腾飞于万民之上啊，你昨天不是还翱翔在天宇吗？呜呼，我的主人！灵车轧轧地前行啦，今天岂不是运载着你离去了吗？呜呼，我的主人！贤妻爱子是世上最宝贵的啊，你就这样离别而孤独地远去了吗？呜呼，我的主人！忠臣良将都甘愿为你效命啊，你哪能离开他们而不珍惜啊？呜呼，我的主人！马驹正在欢跃狂奔啊，你哪能就忽然倒地了呢？嫩绿的新草正值春天啊，竟然遭遇暴风而折断了？几十年的征战你都执掌大旗啊，今天眼看就要世界大一统了，你哪能独自就离开了呢？你哪能就这样长眠不起啊？”
灵车在哭声中行进着。突然，车轮陷入泥泞，灵车止住不动了。最强壮的马匹，加上在场的将士，一齐努力推拉，也是无济无事，灵车依然纹丝不动。于是，吉鲁格台把阿秃儿又开始呼唤成吉思汗的英灵：“呜呼，我的主人！你生为人杰，天之骄子，受长生天的派遣，降临人世，你想离开忠实的百姓吗？你想离开我等将士吗？你有富饶美丽的家乡，与你同样高贵的贤妻，坚如磐石的政权，精心制定的法律。过去星散的百姓，今天已十户为一体。凡是这样一切的一切，都在漠北的草原啊！你有威严的宫殿，心爱的嫔妃，华丽的金帐，正义为基的社稷。凡是这样一切的一切。都在漠北的草原啊！斡难河畔迭里温李勒答合，印有你孩提时代的足迹。那里是生你的土地，那里有哺育你的泉水。那里有众多蒙古兄弟，那里有你的臣佐、王族与显贵。凡是这样一切的一切，都在漠北的草原啊！你家族的九足，咚咚雷鸣的大鼓，声传千里的号角，音色悠扬的长笛，克鲁伦河畔的草原，你荣登大汗宝座的场地！凡是这样一切的一切，都在漠北的草原啊！孛儿帖，你的结发爱妻；盛友如云，不渝的友谊；统一团结，伟大的民族；强盛安定，巩固的社稷。凡是这样一切的一切，都在漠北的草原啊！呜呼，我的主人！你怎么想放弃你的蒙古百姓啊？是因为这个地方风和日丽吗？是因为唐兀惕人已经顺服你的法律吗？是因为西夏的王后更为娇丽吗？呜呼，我的主人！我们但愿能运回你的高贵遗体，将你不朽的身躯交给你的妻妾，安慰你百姓的殷切期盼啊。呜呼，我的主人！你就安心地前行吧，不要再迟疑了。”
客列古台的招魂词刚一念完，原来纹丝不动的灵车忽然又启动了。送灵车的队伍缓缓向蒙古北部走去。
成吉思汗去世的消息在一段时间内是严格保密的。不让这一消息在尚未臣服或刚刚表示臣服的人们中传播，这一点是相当重要的，因为当时蒙古人还没有适当的预防意外事件的措施。为了不走漏风声，送灵车的队伍沿路所遇到的人全部杀掉。同时，这也是阿尔泰山地区的古老风俗：为死者寻找他在阴间的奴仆。所以，送灵车的人除了杀掉所碰到的人以外，同时还杀掉了这些人的牛马等牲畜。当时，送灵车的人一边杀一边说：“到阴间侍候我的主人去吧！”
等到灵车被送到位于克鲁伦河上游的皇家大营时，成吉思汗去世的消息才得以公布。
成吉思汗的遗体被陆续轮流放在各个翰儿朵。翰儿朵就是成吉思汗生前的官帐或行宫，也是其主要妻室所居之宫。诸亲王、公主和将领得到拖雷发出的讣告后，即从这个庞大帝国的各地前来奔丧，哭泣着向遗体告别。由于某些部落距离蒙古老营太远，他们大约在路上走了三个多月以后，才陆续赶到。
根据蒙古幼子守灶的风俗，成吉思汗的结发妻子、大皇后孛儿帖生的幼子拖雷主持了葬礼。这时候，全体蒙古人都来到这里，在这位为他们建立“世界帝国”的人物的灵柩前，排着长队哀悼，他们啼哭的声音如隐隐的雷声滚动在草原上。
成吉思汗的棺木，是用两片梡木，把中间凿空，按人身的大小尺度，制成人形。把遗体放进之后，加髹漆毕，再以黄金为圈，连箍三道金圈，算是殡殓了。
下葬前，还要将最好的马杀死，供给大汗在阴间骑乘。同时为成吉思汗的在天之灵连续准备三天的祭品。又从大汗的亲信和贵族中选出四十个容颜美丽的处女，用金银珠玉、美袍打扮，与良马一道，打发去陪伴成吉思汗之灵。
那时候，蒙古人信奉宗教，他们认为人死后也和在世时一样，死去的大汗也要有大批奴隶，要有丰盛的饮食，要有穿有用，还要有最好的战马供其乘骑，更要有美丽的侍女陪伴他，侍候他，为他消愁解闷。
葬礼开始以后，由拖雷首先向成吉思汗的遗体敬酒，然后大家随着雄壮的乐曲，高唱《出征歌》和《苏鲁锭歌》。
歌声逐渐盖过了震天动地的哭泣声，这时候在人们的眼前，涌现出成吉思汗身跨赤兔马、手持黄杆红缨长矛，纵横驰骋，所向披靡的威武形象。