Ang dinastiyang Khwarazmian, na itinatag sa Iran, ay tumagal lamang hanggang sa pagsalakay ng mga Mongol sa ilalim ni Genghis Khan .Pagsapit ng 1218, ang mabilis na lumalawak na Imperyong Mongol ay hangganan ng teritoryo ng Khwarazmian.Si Ala ad-Din Muhammad, ang tagapamahala ng Khwarazmian, ay pinalawak ang kanyang kaharian sa halos lahat ng Iran at idineklara ang kanyang sarili na shah, na naghahanap ng pagkilala mula sa Abbasid caliph na si Al-Nasir, na tinanggihan.Ang pagsalakay ng Mongol sa Iran ay nagsimula noong 1219 matapos ang kanyang mga diplomatikong misyon sa Khwarezm ay masaker.Ang pagsalakay ay brutal at komprehensibo;ang mga pangunahing lungsod tulad ng Bukhara, Samarkand, Herat, Tus, at Nishapur ay nawasak, at ang kanilang mga populasyon ay pinatay.Si Ala ad-Din Muhammad ay tumakas at kalaunan ay namatay sa isang isla sa Dagat Caspian.Sa panahon ng pagsalakay na ito, gumamit ang mga Mongol ng mga advanced na diskarte sa militar, kabilang ang paggamit ng mga Chinese catapult unit at posibleng mga bomba ng pulbura.Ang mga sundalong Tsino, na bihasa sa teknolohiya ng pulbura, ay bahagi ng hukbong Mongol.Ang pananakop ng Mongol ay pinaniniwalaang nagpakilala ng mga sandata ng pulbura ng China, kabilang ang huochong (isang mortar), sa Gitnang Asya.Ang mga sumunod na lokal na literatura ay naglalarawan ng mga sandata ng pulbura na katulad ng ginamit saChina .Ang pagsalakay ng Mongol, na nagtapos sa pagkamatay ni Genghis Khan noong 1227, ay nagwawasak para sa Iran.Nagresulta ito sa makabuluhang pagkawasak, kabilang ang pandarambong sa mga lungsod sa kanlurang Azerbaijan .Ang mga Mongol, sa kabila ng pagbabalik-loob sa Islam at pag-asimilasyon sa kultura ng Iran, ay nagdulot ng hindi na mapananauli na pinsala.Sinira nila ang mga siglo ng Islamikong iskolar, kultura, at imprastraktura, sinira ang mga lungsod, nasusunog na mga aklatan, at pinalitan ang mga moske ng mga templong Budista sa ilang lugar.^[38]Ang pagsalakay ay nagkaroon din ng malaking epekto sa buhay sibilyan ng Iran at imprastraktura ng bansa.Ang pagkasira ng mga sistema ng patubig ng qanat, partikular sa hilagang-silangan ng Iran, ay nakagambala sa pattern ng mga pamayanan, na humahantong sa pag-abandona sa maraming dating maunlad na mga bayang pang-agrikultura.^[39]Kasunod ng pagkamatay ni Genghis Khan, ang Iran ay pinamamahalaan ng iba't ibang mga kumander ng Mongol.Si Hulagu Khan, apo ni Genghis, ay may pananagutan sa karagdagang pagpapalawak ng kapangyarihan ng Mongol sa kanluran.Sa kanyang panahon, gayunpaman, ang Mongol Empire ay nahati sa iba't ibang paksyon.Itinatag ni Hulagu ang Ilkhanate sa Iran, isang estadong humiwalay sa Imperyong Mongol, na namuno sa loob ng walumpung taon at lalong naging Persianized.Noong 1258, sinakop ni Hulagu ang Baghdad at pinatay ang huling caliph ng Abbasid.Ang kanyang pagpapalawak ay itinigil sa Labanan ng Ain Jalut sa Palestine noong 1260 ng mga Mameluke.Bukod pa rito, ang mga kampanya ni Hulagu laban sa mga Muslim ay nagdulot ng salungatan kay Berke, ang Muslim khan ng Golden Horde , na nagbibigay-diin sa pagkakawatak-watak ng pagkakaisa ng Mongol.Sa ilalim ni Ghazan (r. 1295–1304), apo sa tuhod ni Hulagu, ang Islam ay itinatag bilang relihiyon ng estado ng Ilkhanate.Si Ghazan, kasama ang kanyang Iranian vizier na si Rashid al-Din, ay nagpasimula ng isang muling pagbabangon sa ekonomiya sa Iran.Binawasan nila ang mga buwis para sa mga artisan, itinaguyod ang agrikultura, ibinalik ang mga gawaing patubig, at pinahusay na seguridad sa rutang pangkalakalan, na humahantong sa pagsulong ng komersiyo.Ang mga pagpapaunlad na ito ay pinadali ang mga palitan ng kultura sa buong Asya, na nagpayaman sa kultura ng Iran.Ang isang kapansin-pansing kinalabasan ay ang paglitaw ng isang bagong istilo ng pagpipinta ng Iran, na pinaghalo ang mga elemento ng masining na Mesopotamia at Tsino.Gayunpaman, pagkatapos ng pagkamatay ng pamangkin ni Ghazan na si Abu Said noong 1335, ang Ilkhanate ay bumagsak sa digmaang sibil at nahati sa ilang maliliit na dinastiya, kabilang ang mga Jalayirids, Muzaffarids, Sarbadars, at Kartids.Nasaksihan din ng ika-14 na siglo ang mapangwasak na epekto ng Black Death, na pumatay ng humigit-kumulang 30% ng populasyon ng Iran.^[40]