整个1260年夏天，阿里不哥和忽必烈两方使者不停往还，但终因两方立场相差太大，无法达成一致的协议。公元1260年入秋，阿里不哥以旭烈兀汗长子药木忽儿及其他宗王数人率左路军向南进军，正与忽必烈的先锋移相哥、纳邻合丹等大军相遇。阿里不哥在两军大战中却以失败告终。这次战役导致阿里不哥退出和林，同年冬忽必烈亲自率军征战漠北，攻至和林，阿里不哥兵力不支，遂向其母后唆鲁合帖尼的封地谦州逃去。此前阿里不哥的大将阿兰答儿已率部前往河西，与浑都海和哈剌不华汇合。
阿里不哥战败退居谦州后，军队粮草给养发生困难。忽必烈下令封断运送粮草的官道，阿里不哥军陷于饥荒之中。依靠汉地粮草供给看来是不可能了，只好转而求西边诸国，阿里不哥命令自己身边的阿鲁忽归国即位。而且要他派兵沿阿姆河布防，使旭烈兀不得东援忽必烈。阿鲁忽来到阿力麻里后称察合台兀鲁思汗，并迅速向阿姆河以北地区发展。阿里不哥派出以不里台必阇赤、要束木之子沙的和也里可温为首的使团至阿鲁忽处，传达阿里不哥的旨意，下令征集财物、马匹和各种器械。阿鲁忽为阻止启运这些供给，扣留所征集的物资，于是召集大臣会议，决定彻底与阿里不哥决裂，投向忽必烈，并与窝阔台兀鲁思之主禾忽一起攻杀阿里不哥在忽只儿地所置镇守者唆罗海。
阿鲁忽背叛的消息传到阿里不哥那里时，阿里不哥正在漠北与忽必烈大战。这个消息导致阿里不哥节节败退。中统三年二月，因山东李璮叛变投降宋朝，忽必烈不得已退兵，使阿里不哥得以一时喘息。
公元1263年阿里不哥将背叛他的阿鲁忽撵出亦列河流域后，也可能是为解一时之气，或是为储备更多的粮饷，阿里不哥开始肆意屠杀阿鲁忽的无辜的兵民，以至于他身边的将士倍感寒心，多数都离他而走。众叛亲离使得阿里不哥与阿速台势力大衰，率残存士卒留驻阿力麻里，缺粮少食，窘迫万状。
叛变之风从驻于亦列河的军队蔓延至阿里不哥留驻蒙古本土的宗王大将。蒙哥之子玉龙答失派遣使者到阿里不哥处索要蒙哥汗玉印。阿里不哥不知内情把玉印还予玉龙答失。玉龙答失携带蒙哥汗玉印及诸千户投归忽必烈。阿里不哥在金山一线的防线土崩瓦解。
暂时躲避居于可失哈耳之地的阿鲁忽，见阿里不哥势力衰败，乘危攻之。阿里不哥已无兵可御，不得已只能投降忽必烈。
忽必烈念在胞兄弟情分上赦免了阿里不哥和追随他的宗亲诸王，但对谋划阿里不哥夺位的谋臣孛鲁合、秃满、脱忽思等统统杀之。忽必烈曾与阿里不哥谈起有关这场内战的是与非时，阿里不哥并不认为自己即位非法，只承认忽必烈是胜利者。
皇太子真金之死与禅位风波
真金是元世祖忽必烈第二子，其母亲为昭睿顺圣皇后。因为真金出生时正逢一名高僧云游漠北，便为他取了这个拿到今天俗而又俗的汉名，也许有真金不怕火之意吧。元世祖忽必烈由于长期驻守漠南，仰慕中原文化，崇尚汉法，并且忽必烈是靠中原的汉人地主阶层支持一步步走向帝位的。特别是忽必烈统一蒙古国，建立元朝后，一改蒙古可汗通过“忽里勒台”大会推举汗位，学习汉法册封皇储的方式确立汗位的继承人的做法。所以对于真金的出生，忽必烈寄予很大的期望。忽必烈先后选派姚枢、窦默、王恂等着名的儒家学士作为真金的老师，教授真金儒家经典、三纲五常、先哲格言、历代治乱等儒家思想。努力把真金培养成继承自己推行汉法治国理念的继承人。
中统三年（1262年）十二月，忽必烈下诏封真金为燕王，领中书省事。中统四年（1263年）五月，初立枢密院，又以真金守中书令，兼判枢密院事，同时敕令两府大臣，凡有咨禀，必令王恂与闻。又诏王恂对真金起居饮食，慎为调护，非所宜接之人，勿令得侍左右。王恂遵旨悉心辅侍。同年八月，忽必烈又命燕王真金署敕。六天后，刘秉忠、王鹗、张文谦、商挺等众谋士又向忽必烈建言：“燕王既署相衔，宜于省中列置幕位，每月一再至，判署朝政。”为的是逐步将真金推上政治舞台。至元六年（1269年）三月十三日，真金被正式册立为皇太子，忽必烈派遣重臣伯颜持节授玉册金宝。真金是一个很有正气的孩子，他小心翼翼地按着忽必烈的安排成长着。真金对汉文化的接触及在儒家思想的熏陶下，逐渐在朝中与那些汉人大臣们形成了主张推行汉法的改革派。然而这势必触及和损害原来蒙古帝国的皇室宗亲的利益，于是真金在皇室中就处在这两股势力冲突的漩涡中心。
真金被正式册立为皇太子时，中书平章政事阿合马由于理财有道得到世祖重用。但阿合马擅权专政，以真金为首的汉法派同以阿合马为首的理财权臣派之间的斗争日趋激烈，真金被册立为皇太子，在客观上加强了汉法派的力量。阿合马屡屡诋毁汉法，搞垮教习人才的国子监，逼得国子祭酒许衡无法执教，只好请求回乡。真金一方面在忽必烈面前请求让许衡之子任怀孟路总管以养其老，另一方面又遣东宫官员前往许衡处晓谕说：“公毋以道不行为忧也，公安则道行有时矣，其善药自爱。”“道行有时”之语表明了他对实行汉法的决心和信心。
汉人儒士们的言论和主张，与专以“理财”为务的阿合马等人的所作所为是全然不同的，其中有些言论，如亲贤、革弊、去邪、崇儒等实际上就是针对阿合马等人而发的。真金赞同这些主张，对阿合马的所作所为极为不满。真金厌恶阿合马至极，以致有一天用弓击其头，并划破他的脸。朝见时，世祖问阿合马脸上何以如此，他不敢明对，诡言为马踢伤。适真金在侧，当即斥责他羞言系被太子所打，并当着世祖的面，拳殴阿合马多时。尽管如此，真金反对阿合马的历次斗争均未能成功。
至元十九年（1283年）三月十八日，发生了益都千户王着与高和尚等人合谋诱杀阿合马的事件。阿合马犯有欺君之罪，将商人们为元世祖买来的巨大宝石据为己有，加以真金及诸汉官之进言，元世祖遂令对阿合马及其同党严加惩处。
至元二十一年（1286年）十一月，世祖又起用卢世荣“理财”，命其任右丞。卢世荣自谓“其法当赋倍增而民不扰”，但力主推行汉法的真金对卢世荣的言行不以为然，并持坚决反对态度。
卢世荣为右丞才4个多月，即遭监察御史陈天祥等人弹劾，中书右丞相安童、翰林学士赵孟传等也都反对他的措施。忽必烈于至元二十二年（1287年）十一月，诛卢世荣。应当说，这是真金及其汉法派的又一次胜利。
反叛无果的昔里吉
昔里吉是元宪宗蒙哥第四个儿子，其母亲是蒙哥王妃巴牙兀真氏。在忽必烈与阿里不哥争夺汗位之战中，昔里吉支持阿里不哥。至元四年（1263年）秋，因阿里不哥势衰，昔里吉与诸王玉龙答失、阿速台等投降忽必烈，获忽必烈赦免。这是昔里吉第一次反叛。次年昔里吉被忽必烈封为河间王。忽必烈与阿里不哥争汗之战结束后，各宗王均表示臣服，只有海都西北与察合台汗国展开激烈征战。至元五年（1264年），海都叛乱，于是忽必烈派其子北安王那木罕，率领大军前往西北，昔里吉随军征战。那木罕本人和其兄弟阔阔出所统辖的忽必烈家族的属民组成中军，蒙哥和阿里不哥的子侄辈诸王等部民组成右翼军团，一举击败海都的叛乱部队。海都逃至亦列河流域，立帐于阿力麻里。
至元十三年（1272年）秋，因安童分配给养不公平，造成那木罕部下的脱脱木儿率部叛逃，脱脱木儿以阿里不哥失败后所受耻辱为由煽动昔里吉叛变忽必烈，并许诺事成后帝位归于昔里吉。昔里吉听了脱脱木儿的忽悠起兵发动叛乱，这是昔里吉第二次叛乱。
至元十四年（1273年），昔里吉、脱脱木儿、药木忽儿、撒里蛮等集结部众，分道东进，扬言海都、蒙哥帖木儿与之联兵而来。东部弘吉剌部折儿瓦台起兵响应，并劫掠先朝武帐。昔里吉、脱脱木儿、药木忽儿等率其主力越杭海山后继续东进，于和林北渡斡耳寒河，抵土兀剌河流域，欲与弘吉剌叛军会合。忽必烈调集大军很快擒获了弘吉剌部叛首折儿瓦台。以伯答儿、土土哈为首的忽必烈军于土兀剌河畔打败了药木忽儿和脱脱木儿后，与伯颜统率的大军相会于斡耳寒河畔。元军渡河，击败脱脱木儿等，原先被叛军擒获的宗王牙忽都从斡耳寒河前线返归。由于驻守陕西的安西王忙哥剌部奉调漠北平叛，后方空虚，于是同年冬，驻守陕西行省六盘的贵由之孙南平王秃鲁起兵响应昔里吉，但很快被平定。
屡次失败使昔里吉集团内部诸王之间互相猜忌和怨恨，最终爆发内讧。脱脱木儿在吉里吉思之战中失败，辎重遭元军刘国杰部洗劫之后，曾向昔里吉求援，未能如愿。见昔里吉实力削弱，脱脱木儿便同叛王集团中的撒里蛮结为同盟，共同反对昔里吉，他们相约事成之后帝位归于撒里蛮。这是昔里吉第一次被别人反叛。脱脱木儿等人的行踪被昔里吉的部将亦迪·不花侦知。昔里吉征集宗王诸将的军队迫近脱脱木儿和撒里蛮等，但未能使他们屈服。昔里吉不得已宣布退位，于是诸王们如约奉撒里蛮为帝，遣使布告于术赤兀鲁思和海都处，并派军追讨泄密的亦迪·不花，迫其自杀。拥立撒里蛮的行为虽然得到阿里不哥幼子明里帖木儿的支持，但并没有得到叛王集团的一致认可，阿里不哥之长子药木忽儿为反对集团的重要成员之一。脱脱木儿企图以武力迫使药木忽儿屈从，反被药木忽儿击败擒获。药木忽儿与昔里吉议决，杀死脱脱木儿。
脱脱木儿被杀后，撒里蛮自知实力弱于昔里吉，自愿去帝号，被昔里吉剥夺兵权和属民。撒里蛮的部下纷纷往投元军。昔里吉把撒里蛮送往术赤系宗王火你赤处，路过忽阐河下游撒里蛮辖区时为撒里蛮部下所救。撒里蛮有意投降忽必烈，袭击了昔里吉的辎重，这是昔里吉第二次被反叛。昔里吉闻讯召见药木忽儿共同对付撒里蛮。但诸军阵前纷纷倒戈，昔里吉和药木忽儿双双被擒。在押送往元廷的途中，因遇叛王集团同党斡赤斤后裔宗王，药木忽儿逃脱。撒里蛮受到忽必烈的礼遇，而昔里吉则被放逐到南方。
可怜的昔里吉几次反叛和几次被反叛把自己折腾得人鬼不分，落得如此下场。但俗话说得好，可怜之人必有可恨之处。昔里吉的可恨就是做人不诚实，妄自尊大。对人不忠，自然也就无忠己之人。
西北称雄的海都
海都是元太宗窝阔台与乃马真皇后的第五子。在元宪宗蒙哥即位风波中，海都没有直接参与争夺谋叛活动，于是宪宗即位后的第二年将海押封给海都作为封地。但是海都作为窝阔台的儿子对窝阔台家族汗位被夺走这件事内心仍十分不满。公元1256年，蒙哥派遣石天麟出使海押，却被海都长期扣留于海押。
蒙哥死后拖雷家族内爆发忽必烈与阿里不哥争夺汗位的战争时，海都力量尚小，于是加入了支持阿里不哥的阵营中。后来阿里不哥率兵讨伐阿鲁忽，窝阔台汗国大斡耳朵撤出叶迷立——火孛地区，汗国内部亲阿里不哥的势力占了上风，海都成为窝阔台汗国之主。阿里不哥失败后，海都利用忽必烈正倾全力灭宋，无力西顾之际，拒不参加诸王朝会，继续与忽必烈为敌，他逐渐把窝阔台系宗王的力量聚集在自己周围。
海都采取与钦察汗国结盟的方针，集中力量对付阿鲁忽。这样，在阿里不哥之乱刚结束时，在忽阐河以东草原就出现了以察合台汗国为一方，以钦察汗国和窝阔台汗国为另一方相争的局面。
阿鲁忽死后不久，海都借此机会夺取了察合台汗国大斡耳朵驻地亦列河流域阿力麻里一带及整个忽阐河以东塔剌思河、垂河流域，势力开始强盛。公元1268年，他开始与察合台兀鲁思汗八剌在忽阐河中游展开激烈争夺。八剌设置伏兵，击败了海都。消息传到钦察汗蒙哥帖木儿处后，他立即派出其叔别儿哥察儿率5万骑卒增援海都，使海都得以收集溃军，举兵再战，终于获胜。八剌被迫向西退入阿姆河以北地区。为挽救败局，阻击海都和别儿哥察儿的追击，八剌在撒麻耳干和不花剌两城大肆搜刮，筹集军资。海都为使阿姆河以北地区免遭战祸，建议八剌和谈，为八剌所接受。1269年春，海都、八剌和代表钦察汗蒙哥帖木儿的别儿哥察儿聚集在塔剌思地方结成安答，商议决定共同反对占据蒙古国东西两端的拖雷家族。塔剌思大会还决定察合台汗国可以越过阿姆河南侵，向伊利汗国掠夺土地人口，海都则提供兵员支持。公元1270年八剌发动入侵伊利汗国之战，海都明里派出宗王察八惕和钦察率军支援，但暗地里授意他们看准机会撤军。西征军攻入呼罗珊后，察八惕和钦察抓紧时机先后撤军，使得八剌孤军深入，最后八剌在也里城被阿八哈打败。
八剌战败后，察合台、窝阔台两汗国之间的力量对比发生了变化，双方名义上还互称安答，但实际上八剌的军队给养等，一切都仰赖海都，海都也如主子对待附庸一样，对八剌下达指令，为他划定越冬区域。公元1271年八剌因心悸发作死去。八剌死后，此时察合台汗国也迅速衰落，察合台后裔诸宗王向海都表示臣服。海都利用这个时机，变察合台汗国为附庸，择定撒班之子聂古伯立为汗。实际上海都这时已经称霸蒙古国的西域大部分地方。
海都迅速加强了自己的实力后，以为重新夺取窝阔台系的汗位时机成熟。于是在公元1268年大举率兵出征忽必烈。海都从阿力麻里东进至按台山，进攻依附于玉龙答失的纳邻部民，却受到那木罕的迎击。海都兵败后向西溃逃二千余里回到他的老家。忽必烈随后派遣昔班出使海押，诱使海都同意罢兵置驿，但丞相安童打乱计划私自对窝阔台后裔宗王禾忽发动突袭，尽获其辎重，但这一突袭迫使禾忽举兵叛乱，切断河西通达西域的道路。
驻守在阿力麻里的元军中的以昔里吉为首的诸王，因丞相安童分配给养不均，发动叛乱，拘押了忽必烈之子那木罕和丞相安童，昔里吉诸王把安童押送到海都处，企图想与海都结盟。但海都自有打算，按兵不动，准备坐收渔翁之利。同一年忽必烈再次派遣昔班出使海押，想召纳海都入朝。海都却不领这个情。此时忽必烈正忙于攻打宋朝，没有足够的力量用兵于西北，不得已再次派出铁连出使海都处。铁连归来后给忽必烈提出了对付海都的建议：元朝承认海都在扩张过程中获得的权益，不主动对海都采取重大军事行动，而在西北地区取守势的基本国策。铁连的这一建议被忽必烈采纳，而海都也拿出了表示和解的诚意，主动放回被扣押于其处的皇子那木罕和丞相安童。