一 蒙古帝国的分裂
由成吉思汗一手建立的蒙古帝国一开始就是一个较为松散的联合体。成吉思汗根据黄金家族共权制的原则，把自己的诸弟、诸子分封到蒙古帝国的东西两翼，让他们各守封国，从而形成了东、西道诸王兀鲁思。东、西道诸王在自己的兀鲁思内拥有相当大的独立权。在这种体制下，一旦大汗的权威削弱，很容易造成帝国的分裂。由于发展空间狭小且紧邻中央兀鲁思，蒙古国时期东道诸王兀鲁思基本上仍处于大汗的控制之下。尤其是忽必烈即位后，开始加强中央集权，从而进一步削弱了东道诸王的特权。
与之不同的是，西道诸王兀鲁思从蒙古的第三任大汗贵由汗时期就开始有了分离的倾向。当时势力迅速扩张的术赤兀鲁思首领拔都由于不满贵由即位，借故不参加选举贵由为汗的忽里台大会。后来只是由于贵由汗的突然死去，贵由汗与拔都之间才避免了战争，也使得蒙古帝国能够继续维持统一的局面。贵由汗死后，由拔都支持的蒙哥汗即位，由于拔都与蒙哥汗之间的友好关系，术赤兀鲁思名义上仍听命于大汗。但此时的术赤兀鲁思实际上已是独立的汗国，蒙哥汗与拔都之间与其说是统属关系，不如说是联盟关系。与术赤兀鲁思的迅速崛起形成对照的是，窝阔台兀鲁思和察合台兀鲁思，尤其是窝阔台兀鲁思，受到了蒙哥汗与拔都的联合打击，势力大为削弱。
到蒙哥汗死后，忽必烈与阿里不哥之间爆发了争夺汗位的战争，汗位空虚之际，蒙古帝国加剧分裂。首先是早已不在大汗控制之下的术赤兀鲁思由于远离蒙古帝国的统治中心，已基本走向独立发展的道路，不过仍然承认大汗的宗主权。忽必烈时期，拔都的弟弟，术赤兀鲁思首领别儿哥死后，拔都的孙子忙哥帖木儿继位，忽必烈则予以册封。金帐汗国的疆界大致为：东起额尔齐斯河，西至第聂伯河，东北到保加尔，南至克里木和北高加索，东南面包括花剌子模北部和锡尔河下游地区，统治中心在伏尔加河流域的萨莱城。
蒙哥汗时期，蒙哥汗之弟旭烈兀奉命西征，控制着今高加索、伊朗、伊拉克等地。蒙哥汗死后，较晚得到他死讯的旭烈兀没有返回汗廷，而是坐观忽必烈与阿里不哥争夺汗位。忽必烈在与阿里不哥争夺汗位的战争中，为了拉拢旭烈兀势力，便授予了旭烈兀对控制区的统辖权。1264年，忽必烈又册封旭烈兀为伊儿汗，伊儿汗国正式形成。旭烈兀死后，旭烈兀的长子阿八哈继承父位。伊儿汗国实质上也是一个独立的汗国，与忽必烈政权保持着名义上的宗藩关系。伊儿汗国的疆域东起阿姆河，西至地中海，北及高加索，南抵太平洋，首府设在帖必力思（今伊朗西北大不里士市）。蒙哥汗死后，1262年，旭烈兀与术赤兀鲁思首领别儿哥之间爆发了战争。旭烈兀与别儿哥死后，他们的继承人阿八哈与忙哥帖木儿也多次作战。
察合台兀鲁思与术赤兀鲁思的情况有所不同。蒙哥汗即位后，曾对反对其即位的部分察合台系成员进行了清洗，削弱了察合台兀鲁思的势力。到蒙哥汗去世时，察合台兀鲁思仍在汗廷的实际控制之下。阿里不哥为了与忽必烈争夺察合台汗国的控制权，便扶植察合台的后裔阿鲁忽控制了察合台汗国。不料，阿鲁忽趁阿里不哥与忽必烈争战之际，独掌察合台汗国，不再听命于阿里不哥。
忽必烈在取得对阿里不哥的胜利后，也承认了阿鲁忽控制察合台汗国的权力，同时将东起阿尔泰山，西至阿姆河的土地划给阿鲁忽戍守。不过，在阿鲁忽死后，察合台长孙哈剌-旭烈兀的妻子兀鲁忽乃哈敦控制了察合台汗国，她扶植自己的儿子木八剌沙继承了阿鲁忽之位。先是察合台的后裔八剌向忽必烈进言说：“木八剌沙凭什么继承我的叔父阿鲁忽之位？如果合罕降旨让我继承我的叔父之位，今后我将效劳奉命[于合罕]。”八剌曾经长期为忽必烈效力。为了控制察合台汗国，忽必烈降旨让八剌和木八剌沙一同掌管察合台兀鲁思。当八剌到达察合台兀鲁思后，见木八剌沙和兀鲁忽乃哈敦正掌着权，他就没有把忽必烈的诏敕拿出来。木八剌沙问八剌：“你来此的目的是什么？”八剌回答说：“我长期不在兀鲁思和家中；我的人已四处流散了。现在，请允许我来收集徒众并与你们一起游牧。”这些话投合了木八剌沙的心意。八剌不露声色，很有心计地和木八剌沙相处，并逐渐把战士们从各个角落收集到自己周围。于是八剌联合木八剌沙的大臣及一部分军队发动政变，废黜了木八剌沙，自己取而代之。八剌把木八剌沙贬为自己的猎夫长。
八剌依靠自己的阴谋手段，而不是依靠忽必烈的圣旨夺取察合台兀鲁思的权力，说明大汗和察合台兀鲁思之间的关系开始发生变化。忽必烈派八剌到察合台兀鲁思夺权，本是为了加强对西域的控制，但当八剌在察合台兀鲁思的统治日渐巩固以后，便不再听命于忽必烈，走向独立发展的道路。阿鲁忽的儿子出伯、合班以及他们的宗亲则脱离八剌，带着军队归附了忽必烈。而察合台兀鲁思，即察合台汗国的领土包括阿尔泰山至河中地区，斡耳朵设在阿力麻境内的忽牙思。
蒙哥汗即位后，对反对自己的窝阔台系诸王进行了严厉的打击。窝阔台兀鲁思在阿尔泰山外的领地被分割成若干小块，分别授予未参与反对蒙哥汗的窝阔台系后裔。其中，封地在海押立的窝阔台汗孙海都的势力发展迅速。据载，海都是一个很聪明、能干而又狡猾的人，他把一切事情都安排得奸诈而又狡猾。海都的身份也非常特殊。海都的父亲合失是窝阔台汗第五子，曾最早被选为窝阔台汗的继承人，不过合失却因过度酗酒的恶习早于窝阔台汗死去。合失死后，合失之子海都曾被窝阔台指定继承在他之后那个人的汗位。显然，海都一出生就获得了将来可能继承汗位的资格，正是由于海都的这一身份，他才能够在窝阔台系遭到蒙哥汗的打击后脱颖而出，号召、团结窝阔台系诸王，并成为窝阔台兀鲁思的首领。（王晓欣《合失身份及相关问题再考》）
海都为扩张势力，曾在术赤兀鲁思首领别儿哥的支持下攻击过旭烈兀。在阿里不哥与忽必烈争夺汗位期间，海都支持阿里不哥即位，积极扩张自己的势力。当阿里不哥投降忽必烈后，海都感到了来自忽必烈的威胁，害怕受到惩处。他看到忽必烈忙于汉地事务，遂萌生了割据一方的念头。海都还和术赤兀鲁思首领别儿哥及其后的忙哥帖木儿建立了友好关系，在他们的帮助下夺取了一些地区。
在阿里不哥降附后，忽必烈向海都等窝阔台后裔派出了急使，想把他们拉拢过来。忽必烈说道：“其他宗王们全都在这里，你们为何迟迟不来？我衷心希望当面会晤，我们一起把一切事情都商议好后，你们将获得各种恩典返回去。”海都无意听命忽必烈，他遣使说：“我们的牲畜瘦了，等养肥之后，我就遵命[前来]。”他以此为借口推托了三年。不仅如此，海都还打击忽必烈在中亚的势力，并与察合台兀鲁思产生矛盾。于是察合台兀鲁思首领八剌受忽必烈之命进攻海都。这样，在河中和突厥斯坦就出现了以元廷为后盾的察合台汗国与术赤兀鲁思支持的窝阔台兀鲁思两大势力对峙的局面。在察合台兀鲁思首领八剌与海都的作战中，八剌先是取胜，随后又为海都和术赤兀鲁思的联军击败，势力大为削弱。这时，海都派与八剌有着友好关系的窝阔台后裔钦察前去讲和，并得到了八剌的响应。于是1269年春天，察合台兀鲁思、术赤兀鲁思以及窝阔台兀鲁思的宗王们在塔剌思草原和坚者克草原上召开忽里台大会，会上确认他们都是成吉思汗的后裔，三方也应像忽必烈和旭烈兀那样占有广袤的领地。为协调三方的矛盾，他们商定河中地区三分之二归八剌所有，三分之一归海都和忙哥帖木儿所有。同时他们还决定由八剌去夺取旭烈兀兀鲁思的领土，以扩大八剌军队的牧场、土地和畜群。这次会议在没有经过大汗同意的情况下举行，奠定了察合台、窝阔台两汗国长期合作，对抗元朝政府的基础。如果说忽必烈与阿里不哥的汗位之争使蒙古国的历史走向结束，那么此次大会则是蒙古国分裂为几个相互联系又相互独立的兀鲁思的标志。以后，他们只在名义上把元朝皇帝看做成吉思汗的继承人和黄金家族的总代表，而元朝皇帝直接统治的地域仅限于东方。
为了离间塔剌思会议结成的联盟，忽必烈试图联合与自己没有直接利益冲突的术赤兀鲁思，并选定与术赤家族有密切联系的铁连出使术赤兀鲁思，传达忽必烈的谕旨，但效果并不理想。术赤兀鲁思首领忙哥帖木儿虽承诺绝不支持叛逆活动，却只不过是搪塞之辞，他并没有真正放弃与海都的结盟。在塔剌思会议后，海都等西北宗王曾派使者质问忽必烈为什么要留居汉地，建都邑城郭，吸收汉法而改革蒙古旧制。看来，海都等西北宗王不仅要建立独立的汗国，还对忽必烈之施政极为不满。（《元史》卷一百三十四《铁连传》；《元史》卷一百二十五《高智耀传》）
蒙哥汗死后，蒙古帝国走向分裂。这其中，成吉思汗始建分封制，使得黄金家族成员可以裂土一方，建立自己的汗国是重要的原因。成吉思汗到蒙哥汗时期，伴随着蒙古帝国版图的扩张，蒙古汗廷已经很难统治如此辽阔的地区。而蒙哥汗死后，忽必烈与阿里不哥爆发了争夺汗位的斗争，这又为帝国的分裂提供了契机。忽必烈即位后，把统治中心从漠北迁到漠南汉地，把更多精力投入控制区的治理和加强集权，这是蒙古帝国分裂的又一原因。
二 宗王海都、昔里吉之乱
在阿里不哥降附后，世祖忽必烈曾试图阻止蒙古帝国的分裂。忽必烈遣使邀请各支宗王召开具有广泛代表性的忽里台大会，并对他们进行安抚。由于伊儿汗国首领旭烈兀、钦察汗国首领别儿哥、察合台汗国首领阿鲁忽相继死去，这次忽里台大会没能够如期召开。与此同时，伊儿汗国、钦察汗国、察合台汗国以及窝阔台系后王海都之间的争斗日趋激烈，此种背景下，召开由全体宗王参加的忽里台大会已不现实。1269年，钦察汗国、察合台汗国以及宗王海都在塔剌思召开会议，结成联盟，形成了术赤、察合台、窝阔台三系与以忽必烈、旭烈兀为代表的拖雷系相对峙的局面，蒙古帝国加剧分裂。
面对此种局面，忽必烈采取的措施是拉拢钦察汗国，打击、防范与之邻近的宗王海都以及察合台汗国的势力。至元三年（1266），忽必烈任命皇子北平王那木罕出镇漠北，为打击海都的势力做好准备。忽必烈与西北宗王海都的战事始于至元五年（1268）。当时海都自阿力麻进军漠北，首先驱逐、击溃并洗劫了他们附近依附于蒙哥汗之子玉龙答失的纳邻，并与北平王那木罕大战于漠北的统治中心和林。
有关此次和林之战，《马可波罗行纪》有详细记载：“彼（海都）知大汗子名那木罕（Nomogan）者时镇哈剌和林（Karakoroum），而长老约翰（Pretre-Jean）孙阔里吉思（Georges）与之共同镇守，此二王亦有战骑甚众。海都国王预备既毕，即率师出国，疾行，沿途无抗者，抵于哈剌和林附近。时大汗子与新长老约翰已率大军驻此以待，盖彼等已闻海都率重军来侵，故为种种筹备，俾不受任何侵袭。及闻海都国王及其部众行抵附近，彼等奋勇迎敌。行至相距海都国王十哩之地卓帐结营。其敌逾六万骑，所为亦同。双方预备既毕，各分其军为六队。双方之众各持剑盾、骨朵、弓矢及种种习用武器。应知鞑靼人之赴战也，每人例携弓一张，箭六十支，其中三十支是轻箭，镞小而锐，用以远射追敌；三十支是重箭，镞大而宽，用以破肤、穿臂、断敌弓弦，而使敌受大害。各人奉命携带如此，此外并持有骨朵、剑、矛，用以互相杀害……两军奋战既毕，开战之大角大鸣。每军有角一具，盖其俗大角未鸣时不许进战也。众军闻角鸣后，残忍激烈之血战开始，双方奋怒进击。双方死亡甚众，死者伤者遍地，马匹亦然。战中呼叱之声大起，雷霆之声不过是也。海都国王以身作则，大逞勇武以励士气。对方大汗子与长老约翰孙勇武亦不下海都，常赴酣战之处驰突，以显武功而励将士。我尚有何言欤？应知此战之久，为鞑靼人从来未经之酣战。各方奋勉，务求败敌，然皆不副所期，混战至于日暮，胜负未决。战争至于日落之时，各人退还营帐。其未负伤者疲劳已甚，至于不能站立。伤者双方并众，各视伤之轻重而为呻吟。个人亟须休息，甚愿安度此野而不欲战。及至黎明，海都国王闻谍报，大汗遣来重军援助其子，自量久持无益，遂命退军。比曙，上马驰还本国。大汗子与长老约翰孙见海都国王率军而退，不事追逐，盖彼等亦甚疲劳，亟愿休息也。海都国王及其部众疾驰不停，至于大突厥国撒麻耳干城，自是以后遂息战。”（《马可波罗行纪》，冯承钧译，上海世纪出版集团，2001年）
那木罕击溃海都的进攻后，元廷对海都从消极防御转为积极进攻。
至元七年（1270）六月，世祖忽必烈赐皇子那木罕所部马六千、牛三千、羊一万，赐北边戍军马二万、牛一千、羊五万。同年忽必烈还亲历漠北，视察军情，激励士气。是年那木罕率军出征海都，到至元八年（1271）占领了海都的重要根据地阿力麻，海都率军又远遁二千余里。到至元十二年（1275），元廷又任命木华黎的后裔安童以行中书省枢密院事的身份协助那木罕镇戍阿力麻。安童到任后率军大败隶属于海都的火和大王，彰显了元廷对海都的强势姿态。形势朝着有利于元廷的方向发展，元廷在西北面收复了大量的领地。（《元史》卷六《世祖本纪三》；《元史》卷一百三十四《刘容传》；《元史》卷六十三《地理志六》；贾丛江《海都与窝阔台汗国的创建》）
这一时期，海都在与元军的作战中遭到了不小的损失，但由于他控制了察合台汗国，其势力不仅没有衰弱，反而大大增强了。1269年塔剌思会议之后，海都支持察合台汗国的首领八剌去进攻旭烈兀建立的伊儿汗国，夺取呼罗珊地区，结果八剌被伊儿汗国的首领阿八哈汗所击败，他的大部分战士被阿八哈汗的军队所杀，剩下一小部分四散逃跑了。不过，此时海都背弃了与八剌的同盟，派军包围八剌的军队，当天夜里八剌就死去了。这时八剌帐中的很多部下、宗王转而效忠海都，至此，海都控制了察合台汗国。大约在至元十二年左右，由海都扶植即位的察合台汗国首领都哇和他的弟弟，率军围攻畏兀儿亦都护戍守的别失八里城（今新疆吉木萨尔北破城子），并一度占领该城。
元廷在增兵西北的同时，又派出了畏兀儿人昔班出使海都，希望能劝其罢兵，归附元廷。海都同意与元廷和解，退兵置驿。此后昔班又数次奉旨前往海都处，劝其亲朝忽必烈。有着丰富政治斗争经验的海都深知归附忽必烈绝对不会有好的下场，便以怕死为辞拒绝朝见忽必烈。这样，在元朝的西北边境，元廷与海都的势力对峙着，双方均欲伺机而动。（《元史》卷一百三十四《昔班传》）
元廷西北戍守军的兵变首先打破了僵局。至元十四年（1277）七月，出镇阿力麻的皇子那木罕属下部分诸王发动兵变，这些反叛诸王大部分是拖雷幼子阿里不哥的支持者以及对忽必烈心怀不满者。参与反叛的诸王主要有蒙哥汗之子昔里吉、蒙哥汗之弟岁哥都的儿子脱黑帖木儿，以及阿里不哥的两个儿子玉不忽儿、灭里帖木儿等。其中脱黑帖木儿最先萌发了反叛的念头。脱黑帖木儿与昔里吉在打猎时相遇，他们商议道：“我们把那木罕[和安童那颜]抓起来交给敌方吧。”脱黑帖木儿并且诱惑昔里吉说：“帝位将归于你，合罕使我们和我们的父亲们受了多少侮辱啊！”于是他们在夜里发动兵变，将元军主帅那木罕、阔阔出、安童抓住，并且把那木罕和阔阔出送到了钦察汗国首领忙哥帖木儿处，将安童送到了海都处。他们遣使对忙哥帖木儿和海都说：“你们有大德于我们，我们对此未忘，现将企图攻打你们的忽必烈合罕的宗王和异密们送交给你们；咱们不要互相算计，要联合起来打退敌人。”忙哥帖木儿和海都则传话给使节说：“我们很感谢你们，我们正希望你们这样做，请留驻于原地，因为[你们]那里水草很好。”但不管是忙哥帖木儿还是海都，更关注的还是自身的利益，至于联合诸王昔里吉等与强大的忽必烈政权发生冲突，他们已不热心。况且对海都来说，与其扶植一个本地区的竞争对手，还不如借元廷平定昔里吉等诸王的叛乱而坐收渔翁之利。因此忙哥帖木儿和海都都不愿给予昔里吉等以实质上的支持。
这种情况下，昔里吉等叛王转战漠北，威胁、引诱更多的蒙古诸王参与叛乱。叛乱诸王脱黑帖木儿来到了窝阔台和察合台后裔的斡耳朵帐殿，因为在他看来，不管是窝阔台家族还是察合台家族，长期以来对拖雷系政权都十分敌视。脱黑帖木儿抓住了主管那些斡耳朵帐殿的宗王撒里蛮和忙哥帖木儿的一个兄弟，并欺骗说，拔都的儿子们、海都和宗王们已联合起来反叛忽必烈，大军随后就到。不过脱黑帖木儿的谣言很快被揭穿了，但宗王撒里蛮等仍然加入了反叛的行列。另外，弘吉剌部驸马斡罗陈之弟只儿瓦台也举兵响应昔里吉之乱，裹胁并杀害兄长斡罗陈，还一度围攻应昌府，忽必烈之女囊加真公主也被围困。但昔里吉等宗王的反叛并没有得到大部分蒙古诸王的支持。
较之海都之乱，昔里吉等宗王的反叛更直接危及到忽必烈政权的存亡。于是忽必烈迅速调集重军平叛。统军征伐南宋的大将伯颜临危受命，充当了平叛主帅。结果元廷军队迅速击溃反叛宗王的军事力量。这时反叛诸王之间开始反目，相互攻击，更无法组织力量抵抗元廷军队的进攻。到至元十九年（1282），昔里吉等反叛宗王大都归附元廷。至于被叛王劫持到钦察汗国的皇子那木罕，到至元十八年（1281）左右也被遣回元廷。当时钦察汗国首领忙哥帖木儿病死，脱脱蒙哥即位。为了争取忽必烈对其即位的支持，脱脱蒙哥在送回那木罕的同时遣使于忽必烈，说道：“我们听命[于陛下]，我们都将来参加忽里勒台。”不久，诸王海都也遣返了拘禁在窝阔台兀鲁思的元廷将领安童和石天麟，以示和解。但海都仍然拒绝亲往忽必烈处参加忽里台大会，同时脱脱蒙哥等人也取消了参加忽里台大会的决定。元廷与几大独立汗国对峙的格局并没有多少改变。
世祖朝中后期，元廷在其西北边境与窝阔台汗国以及察合台汗国的争夺一直继续，互有胜负，边界没有太大变化。在世祖去世后，成宗即位。成宗继续强化西北防御，在天山南北分立曲先塔林都元帅府、北庭都元帅府。成宗还先后派叔父宁远王阔阔出、皇侄海山出镇漠北。
成宗大德五年（1301），元军与窝阔台汗国首领海都、察合台汗国首领都哇大战于阿尔泰山附近的铁坚古山，双方都损失惨重。在这次战役中，海都、都哇都负了伤，海都不久死去。海都死后，都哇联合元军迅速控制了海都所建立的窝阔台汗国的领地。海都及其所建立的窝阔台汗国在与元廷的长期争夺中以失败而告终。之后，察合台汗国首领都哇胁迫窝阔台汗国首领察八儿主动与元廷议和，承认元廷的宗主地位，并得到了成宗以及伊儿汗国、钦察汗国的积极回应，元廷的西北战事基本平息。
三 东道诸王的反叛
与成吉思汗诸子建立的西道诸王兀鲁思遥相呼应，成吉思汗诸弟在蒙古帝国的东翼建立了东道诸王兀鲁思。以成吉思汗诸弟斡惕赤斤家族为首的东道诸王，始封地在大兴安岭西麓，不过自蒙古国时期开始，东道诸王便越过大兴安岭向东北地区扩展自己的领地或势力范围，斡惕赤斤家族更是担当了镇戍东北的任务。东道诸王在自己领地内拥有相当大的支配权。作为蒙古黄金家族成员的东道诸王在蒙古帝国内的地位也极高，为历代大汗所敬重。同时，东道诸王兀鲁思构成了蒙古的东藩，是蒙古帝国的重要支柱。因此东道诸王一直是蒙古帝国内举足轻重的政治和军事力量。
前已述及，以斡惕赤斤家族首领塔察儿为首，东道诸王积极拥戴忽必烈继承汗位，在“忽里勒台上举行讨论以及商讨大事时，他（塔察儿）经常站在忽必烈合罕一边，威望很高”。但忽必烈即位后，东道诸王与元廷逐渐产生了矛盾。秉持蒙古黄金家族共权思想的东道诸王，认为自己也是忽必烈政权的共同管理者，他们不仅在自己领地内相对独立地行使特权，还经常擅发令旨，掠夺人口，肆意纵猎，欺凌百姓，甚至不把元廷的主要官员放在眼里，而这些都与忽必烈即位后附会汉法，加强中央集权的政策背道而驰。于是忽必烈开始逐步削弱宗藩的势力。虽然忽必烈在削藩过程中采取了怀柔与威胁并举的政策，但附会汉法，加强中央集权与蒙古旧制的根本对立，势必会导致忽必烈与许多藩王的矛盾。
忽必烈政权内部势力最大的蒙古宗王当数以斡惕赤斤家族为首的东道诸王。西道诸王兀鲁思逐渐走向独立的教训，加上西北藩王的叛乱，这些都促使忽必烈政权注意对东道诸王的防范和警惕。至元二十一年（1284），御史台中丞蒙古人亦力撒合任东北地区的主要官员北京宣慰使后，发现斡惕赤斤家族首领乃颜（Nayan）有反叛的迹象，便秘密上书忽必烈，建议加强对其的防备。为加强对东北地区的中央集权，元廷于至元二十三年（1286）设立了东京行省。东京行省设立后，一时间东道诸王惶惶不安。忽必烈害怕东京行省的设立会加速东道诸王的反叛，便在东京行省设立后不久废罢之。但元廷废罢东京行省的举动并没有起到安抚东道诸王的作用。势力强大的东道诸王已决意挑战忽必烈的权威，斡惕赤斤家族的首领乃颜联络诸王发动了叛乱，史称乃颜之乱。
至元二十四年（1287）四月，以乃颜为首的东道诸王发动叛乱。《史集》称：“他（乃颜）与他的堂兄弟，如拙赤·合撒儿兀鲁黑（氏族、后裔）中的势都儿、额勒只带那颜兀鲁黑中的胜剌哈儿、阔列坚兀鲁黑中的也不干等宗王，与窝阔台合罕的儿子阔端的兀鲁黑以及忽必烈合罕左右的其他宗王们策划了阴谋，企图与海都勾结起来，反对合罕。”可见这场叛乱的参与者既有起决定作用的东道诸王，也有西北藩王和其他宗王、贵族势力。这样，在忽必烈政权内部，部分宗王、贵族势力与元廷之间的矛盾终于激化到了兵戎相见的地步，而这种矛盾实际上也是忽必烈附会汉法，加强中央集权的统治政策与蒙古旧制之间的矛盾。
在得到乃颜反叛的确切消息后，忽必烈采纳大臣阿沙不花的建议，首先安抚诸王，瓦解诸王间的反叛同盟，同时决定亲征乃颜。结果元廷的军队连破叛王哈丹、叛将塔不台的军队，在不里古都伯塔哈之地，大败乃颜主力，擒乃颜于失列门林，旋即斩之。随后忽必烈返回大都，御史大夫玉昔帖木儿统军继续剿灭残余的反叛势力。玉昔帖木儿之军擒乃颜余党塔不台、金家奴等，斩杀数人于军前。忽必烈擒斩乃颜后，叛乱诸王纷纷投降，战争暂告一段落。据相关史料记载，忽必烈亲征的本意并非要诛杀乃颜，而是欲迫使其迅速归降，于是忽必烈设军帐于象舆之上，亲自督战。忽必烈认为反叛军队看到自己一定会马上归降，但是两军交战之时，乃颜的军队不仅不投降，还尽力攻击忽必烈乘坐的象舆。于是忽必烈下令尽歼叛军。
至元二十五年（1288），趁西北藩王海都犯边之机，乃颜的残余势力哈丹、火鲁火孙等集聚力量复叛于辽东。同年四月，忽必烈命皇孙铁穆耳率将领玉昔帖木儿、土土哈、李庭、博罗欢等，从西路再次征讨，辽阳行省平章阇里帖木儿、薛阇干以及未参与叛乱而同属斡惕赤斤家族的诸王乃蛮带等都参与了剿灭哈丹反叛的战斗。此次征伐哈丹的战事主要集中在大兴安岭东麓的贵烈河一带。元军大败哈丹军队。时隆冬时节，元军声称来年春天再次发动进攻，而暗中火速行军，过黑龙江，直击哈丹巢穴，哈丹潜逃，元军在夷平哈丹居地，安抚当地民众后凯旋而还。之后哈丹之军不断骚扰托吾儿河（洮儿河）以及辽东开元、海阳和高丽国边境等地。至元二十七年（1290），哈丹率军窜入高丽，元军进入高丽作战。大将伯帖木儿为先锋，诸王乃蛮带及辽阳行省平章政事阇里帖木儿、薛阇干也奉命出击，连败哈丹之军。哈丹余党继续流窜于辽东女真之地，直到至元三十年（1293）左右，元军才基本上剿灭了哈丹的残余势力。（《元史》卷一百三十六《阿沙不花传》；《元史》卷一百一十九《玉昔帖木儿传》；《元史》卷十四、十五、十六《世祖本纪》；《侨吴集》卷十二《岳铉字周臣第二行状》；《高丽史》卷三十《忠烈王世家》）
元廷在平定乃颜、哈丹之乱后，便采取措施削弱东道诸王的势力，加强对东道诸王兀鲁思以及东北地区的控制，设立辽阳行省等政治、军事机构，增设通往东北的驿站等。
乃颜之乱爆发时，意大利人马可波罗正滞留在元廷。马可波罗在其《行纪》中对此次忽必烈督军与东道诸王乃颜作战，有详细而生动的描写：“时有一鞑靼君主名称乃颜……年事正幼，统治国土州郡甚多。自恃为君，国土甚大，幼年骄傲，盖其战士有三十万骑也……然彼自恃权重，不欲为大汗之臣，反欲夺取其国，遂遣使臣往约别一鞑靼君主海都（Kaidon）。海都者，乃颜之族而忽必烈之侄也，势颇强盛，亦怨大汗而不尽臣节。乃颜语之云：‘我今聚全力往攻大汗，请亦举兵夹攻，而夺其国。’海都闻讯大喜，以为时机已至，乃答之曰‘行将举兵以应’。于是集兵有十万骑。大汗闻悉此事之时，洞知彼等背理谋叛，立即筹备征讨，盖其为人英明，凡事皆不足使之惊异。并有言曰，若不讨诛此叛逆不忠之鞑靼二王，将永不居此大位……（忽必烈迅速征集好军队后）命其星者卜战之吉凶，星者卜后告之曰，可以大胆出兵，将必克敌获胜，大汗闻之甚喜。遂率军行，骑行二十日，抵一大原野。乃颜率其全军四十万骑屯驻其中。大汗士卒薄晓倏然进击，他人皆未虞其至，缘大汗曾遣谍把守诸路，往来之人悉被俘掳。乃颜不意其至，部众大惊。大汗军抵战场之时，乃颜适与其妻共卧帐中。忽必烈汗预知其宠爱此妇，常与同寝，故特秘密进军，薄晓击之。比曙，汗及全军至一阜上，乃颜及其众安然卓帐于此，以为无人能来此加害彼等。其自恃安宁不设防卫之理，盖其不知大汗之至，缘诸道业被大汗遣人防守，无人来报。且自恃处此野地，远距大汗有三十日程，不虞大汗率其全军疾行二十日而至也。大汗既至阜上，坐大木楼，四象承之，楼上树立旗帜，其高各处皆见。其众皆合三万人成列，各骑兵后多有一人执矛相随，步兵全队皆如是列阵，由是全地满布士卒，大汗备战之法如此。乃颜及其众见之大惊，立即列阵备战。当两军列阵之时，种种乐器之声及歌声群起，缘鞑靼人作战以前，各人习为歌唱，弹两弦乐器，其声颇可悦耳。弹唱久之，迄于鸣鼓之时，两军战争乃起，盖不闻其主大鼓声不敢进战也。当诸军列阵弹唱以后，大汗鼓鸣之时，乃颜亦鸣鼓，由是双方部众执弓弩、骨朵、刀矛而战，其迅捷可谓奇观。人见双方发矢蔽天，有如暴雨。人见双方骑卒坠马而死者为数甚众，陈尸满地。死伤之中，各处大声遍起，有如雷霆，盖此战殊烈，见人辄杀也。是战也，为现代从未见之剧战，从未见疆场之上战士、骑兵有如是之众者。盖双方之众有七十六万骑，可云多矣，而步卒之多尚未计焉。混战自晨至于日中，然上帝与道理皆以胜利属大汗。乃颜败创，其众不敌大汗部众之强，失气败走。乃颜及其诸臣悉被擒获，并其兵器执送大汗之前。乃颜为一受洗之基督教徒，旗帜之上以十字架为徽志，然此毫无裨于此。盖其与诸祖并受地于大汗，既为大汗之臣，不应背主而谋乱也。大汗闻知乃颜被擒，甚喜。命立处死，勿使人见，盖虑其为同族，恐见之悯而宥其死也。遂将其密裹于一毡中，往来拖曳，以至于死。盖大汗不欲天空、土地、太阳见帝族之血，故处死之法如此。”（《马可波罗行纪》）
