忽必烈是成吉思汗的孙子，拖雷的第四个儿子，蒙哥汗的弟弟。他雄才大略，知人善任，改大蒙古国号为元，是元朝真正的创业之主。
蒙哥即位后，让弟弟忽必烈掌管中原汉地的军事和行政事务，并主持攻打南宋。忽必烈治理汉地时重用儒士，很得人心，招致蒙哥汗猜忌，一度被召回漠北，但不久又因军事斗争的需要，被重新派往中原配合蒙哥攻宋。
1258年，大蒙古国兵分三路攻打南宋。蒙哥自己率领主力攻四川，忽必烈攻鄂州（今湖北武汉），兀良哈台从云南攻打潭州（今湖南长沙）。正当忽必烈攻打鄂州的紧要关头，忽然传来蒙哥去世的消息。原来，蒙哥在攻打合州时，不幸为炮石所伤，死在了钓鱼山下。部将都劝忽必烈火速返回蒙古，以防政局突变。忽必烈却说：“大汗先前和我约好东西并举，现在鄂州唾手可得，怎能无功而返呢？”正值此时，忽必烈又接到妻子从漠北发来的密报：“京城阿里不哥有变，望迅速北返。”这一来，忽必烈才慌了手脚。
正好这时南宋宰相贾似道派人来议和，忽必烈将计就计，匆匆跟南宋签订了和议，马上率军北返。
阿里不哥跟一大批蒙古贵族关系亲近，又得到西部一些汗国的支持。他们都反对实行“汉法”，主张用蒙古的旧法来统治。
阿里不哥知道忽必烈素来有当大汗的野心，实力也能跟自己抗衡，所以加意防范忽必烈。蒙哥一死，阿里不哥马上任命支持他的人担任各级官员，并派脱里赤和阿兰答儿占领燕京和陕西一带，准备阻止忽必烈北上。
忽必烈的妻子又得到了消息，马上报告了忽必烈。正在北返途中的忽必烈立刻召集跟随他的诸王、大将和谋士们，商量该怎么办。谋士郝经说：
“阿里不哥已经开始行动了。大王虽然有重兵，但是，如果他宣称有大汗的遗诏，先即位了，我们还能回去吗？”他给忽必烈献一条妙计：一方面派一支军队去接蒙哥的灵车，争取把大汗的宝玺夺过来；另一方面派军队夺取并守卫燕京；同时通知各王到和林去举行丧礼。
1260年春，忽必烈到达自己的根据地开平，他的大将廉希宪和商挺私下对他说：“先下手为强，后下手遭殃。机会丢失了，就再也找不回来了。”
恰在这时，阿里不哥派人通知忽必烈去和林参加会葬蒙哥的仪式，忽必烈知道一定有阴谋，没有理睬，抢先在开平召开了选举大汗的忽里台大会。在塔察儿、也先哥、合丹、末哥等王的拥护下，忽必烈登上了大汗的宝座。
消息传到和林，阿里不哥大吃一惊，没想到忽必烈竟不守蒙古国只能在和林召开忽里台的制度，不合法地先登了汗位。无奈之下，他在同年四月也召开忽里台大会，宣布自己为大汗。
常言道：“天无二日，国无二主。”一个蒙古国出了两个大汗，那怎么能行呢？看来只有通过武力来决一雌雄了。
当时，东部的各个王都支持忽必烈，西边的王中，有的支持阿里不哥，有的支持忽必烈，而且忽必烈还统治着中原，有强大的经济实力做后盾。忽必烈亲自带领大军，直扑阿里不哥的老巢和林。阿里不哥粮马匮乏，哪里是忽必烈的对手？他自知不敌，慌忙弃城逃到谦州（今叶尼塞河上游南）。忽必烈很快占领了和林。阿里不哥怕忽必烈追来，就使了一个缓兵计，派人向忽必烈认罪，说他愿意投降，等他把马儿养肥了，再同其他王一起拜见。忽必烈认为阿里不哥这样做，一定是谋士在后面出的诡计，就对使者说：“你回去告诉我的弟弟，就说我相信他的话，原谅了他，如果他有诚意，就快快来见我。”阿里不哥始终不来，忽必烈等不及了，就派也孙哥驻守和林，自己先回开平去了。
1261年秋天，阿里不哥养肥了他的战马，又纠集了一批部队，发兵南下。他派人到也孙哥那儿，假意说是来投降，也孙哥信以为真，没有作打仗的准备。结果阿里不哥发动突然袭击，把和林夺了回去。忽必烈知道后，马上又带兵北上，两军在昔木土脑儿相会。结果阿里不哥又被打败，逃回和林。这时，原来支持阿里不哥的阿鲁忽王也起兵对付他，阿里不哥被迫逃到新疆去了。
后来，阿里不哥又打了多次败仗，加上蒙古高原发生了饥荒，原先支持阿里不哥的各王就纷纷跑到忽必烈那儿去了。1264年，走投无路的阿里不哥不得不向忽必烈投降。至此，忽必烈巩固了他的汗位。
从历史长远来看，忽必烈和阿里不哥的争位战争对蒙元历史的意义，远远超出了由谁来继承大汗宝座这个问题本身。一方面，忽必烈依靠汉地资源战胜阿里不哥，为蒙古把统治重心南移，加快采纳汉法，建立对中原的秩序化统治，提供了一次恰逢其时的契机。另一方面，蒙古统治重心的南移，必然也给大蒙古国的政治地理结构以重大影响。为了确保蒙古对本部的有效统治，蒙元政府不得不逐步放弃对大蒙古国建立在西域的两大汗国的直接统治。可以说，忽必烈建立元朝，成为中原的正统王朝，就是大蒙古国分裂的开始。
