1315年，察合台汗国发生内乱，拥有重兵的诸王牙撒兀儿反叛，失败后逃入伊利汗国寻求庇护。伊利汗国把他们安置在与察合台汗国隔阿姆河相望的呼罗珊地区，企图利用这批降将守边。完者都死后，其子不赛因继立。牙撒兀儿于回历718年（1318）夏末以“清君侧”为由向部将下达了西进的计划，不久其军抵达祃桚答儿，而前锋则深入到担寒（Damgham今伊朗北部达姆甘）。不赛因向察合台汗国求援，怯别派出军队前来合歼了这支叛军。不赛因嗣位后还都桃里寺。1324年（泰定元年），泰定帝遣称海屯田万户府达鲁花赤帖陈、近侍忽都帖木儿出使伊利汗国，当是宣告即位事①。同年不赛因遣使朝贺，并为其权臣出班向元廷请封。泰定帝派遣使节去波斯，授出班“开府仪同三司、翊国公”，并赐银印、金符。这是继不花之后，元政府再次直接授官于伊利汗国大臣。出班专擅国政，诸子皆居要位。不赛因杀出班三子，出班举兵叛乱，兵败被杀。
1335年不赛因死后，伊利汗国迅速瓦解，各地蒙古贵族纷纷自择贵族拥立为汗，互相攻战。1355年，钦察汗国的扎尼别汗攻入桃里寺，操纵朝政的出班后裔努儿失完不知所终。一些贵族也纷纷自立，形成割据局面。1340年，据有报达城的蒙古贵族哈散（扎剌亦儿氏）自立为汗，其子歪思汗于1358年攻占阿塞拜疆等地，移都桃里寺，史称扎剌亦儿王朝，十四世纪末为帖木儿攻灭。
伊利汗时代是中国—波斯文化交流得到空前发展的时期。随旭烈兀来到西域的有不少精通汉地天文历数的学者，其中有一位名叫屠密迟（译音）的人，被称为先生。波斯著名的天文学家纳速剌丁·途昔奉命编纂《伊利汗天文表》时，曾向他学习中国的天文推步之术①。有不少中国学者在伊利汗国②《拜住元帅出使事实》，《清容居士集》卷三四。
①《元史》卷二九《泰定帝纪》。
①布洛晒：《蒙古史导言》，页100，莱顿，1910年。
任职，他们带去了各类书籍。伊利汗合赞命丞相拉施都丁编纂《史集》时，曾谕令他搜集有关中国的历史著作。精通天文历法的中国学者李大迟、倪克孙（译音）应召参加编修工作，并为拉施都丁讲解中国的干支纪年法。伊利汗时期，中国的医术大量地传入波斯。不少中国医生在伊利汗廷服务。旭烈兀本人很喜欢中国医生为他治病。主持编纂《史集》的拉施都丁丞相就是一位医生。1313年，在拉施都丁的主持下，把中国著名医学家王叔和的著作《脉经》译成波斯文，题名为《伊利汗的中国科学宝藏》。此书至今尚保存在土耳其伊斯坦布尔的图书馆中。
驿传制度在伊利汗国得到了普遍推行。早在1239年窝阔台时代，镇守西域的畏兀儿大臣阔里吉思就已在自己的辖区内普设驿站①。合赞即位以前，伊利汗国的驿传制度产生了不少弊病，造成驿路的严重阻滞，人民普遍不满。合赞下令整顿驿传，设立专供勾当军国重事的使臣乘驿往来。伊利汗政府还在全国主要道路上每3程（farsang，约18公里）置一站，每站备健马15匹。使臣需持有金印牌符方许乘驿②。合赞汗的这些措施同元朝整治站赤的办法基本相同。
“牌符”制度也在元朝传入伊利汗国，伊利汗政府授予各级将领、地方官员和使臣不同等级的牌符，作为其权力或身份的凭证。诸算端（诸侯）、灭里（州的长官）佩圆形大虎符，地位略低的牌面略小些。使者驰驿则给以圆牌，上著“官牌”字样，完成使命后须交还。各边区长官需遣使乘急递铺马递送紧急军情者，也发给3至5面圆牌。现在波斯文的“牌子”（paiza）这个词，就来自汉语。
①志费尼：《世界征服者史》英译本第二册，页501—502。
②《史集》汉译本第3卷，页460—463。
