按照元窝阔台汗元年（1229年）宗室诸王的盟约，蒙古大汗之位世世代代由窝阔台的后裔承袭。然而，自蒙哥汗开始，大汗之位转到了拖雷一系。由此埋下了宗室失和的种子。忽必烈在位期间推行汉化政策，更加剧了与保守的西北诸王的矛盾，终于爆发了长达40年之久的海都、笃哇、昔里吉之乱。
海都是窝阔台的孙子，元宪宗蒙哥汗二年（1252年）被蒙哥汗封于海押立（前苏联塔尔迪—库尔干东北）。海都对此耿耿于怀，于蒙哥汗六年（1256年）扣押了蒙哥汗的使臣断事官石天麟，后来又支持阿里不哥与忽必烈争位。他还结交术赤汗别儿哥，逐渐控制了窝阔台的封地叶密立（亦称也迷里，今新疆额敏河流域），成为雄踞于察合台汗国与蒙古本土之间的强大势力。元世祖至元元年（1264年）阿里不哥失败后，忽必烈邀请海都参加库里尔台大会。海都以道远马瘦、不堪劳苦为由推脱，表示只愿意在自己领地之内服从大汗的命令。后忽必烈将蔡州（今河南汝南，辖今渤海西南部）分封给海都，海都仍不为所动。至元三年（1266年），察合台汗阿鲁忽去世，堂侄木八剌沙继位。忽必烈派木八剌沙的堂兄弟八剌去辅佐并监视木八剌沙。八剌回国发动兵变，自立为汗。这时，忽必烈封皇子那木罕为北平王，主持西北军务，并派使者说服术赤汗忙帖木儿进攻海都。
至元五年（1268年），忽必烈出兵击败海都，追击到阿历麻里（今新疆霍城）。忙哥帖木儿、八剌也出兵攻击海都。海都先和忙哥帖木儿讲和，然后在失儿答里牙（今锡尔河）一线迎击八剌。海都失利，损失惨重。不久，得忙哥帖木儿的5万援兵，才挽回局面，连连击败八剌。八剌退过失儿河，聚兵募饷，继续与海都周旋。海都为解除后顾之忧，主动与八剌和解，结为俺答（义兄弟）。
至元六年（1269年），海都、八剌等在塔剌思（前苏联江布尔召开大会），将察合台领地的2/3划归八剌，1/3分属海都和忙哥帖木儿。与会诸王宣誓恪守蒙古传统风俗制度，遣使质问忽必烈为何在汉地建都和采用汉法。次年，八剌去世。海都立八剌堂叔捏古伯为汗。八剌诸子和阿鲁忽诸子不服，联兵进攻海都。
西北诸王混战给了忽必烈从容布置的时机。忽必烈先是任命刘好礼为乞儿吉里、撼合纳、廉州、益兰州等五部（前苏联叶尼塞河流域）断事官，大量迁入中原农户、军人，实行屯田，修筑道路，建立驿站，形成了进击叛王的基地。接着又命北平王那木罕建节阿力麻里，作为总管西北军事的中枢。至元十年（1273年），捏古伯与海都兵戎见，元军乘机出兵察合台汗国。十二月，捏古伯阵亡。次年，八剌诸子与海都讲和，立八剌之子笃哇为察合台汗。不久，忽必烈下令追缴颁给海都、八剌的金银符，并派中书右丞相安童辅佐那木罕，调那木罕之弟阔阔出、蒙哥之子昔里吉、忽必烈之侄脱脱木儿、阿里不哥之子明里帖木儿、药木忽儿等赴军前效力。
