对忽必烈来说，对缅甸、大理、越南、南宋的征服远不如他要进行的平定元朝其余各支的战争重要，特别是对窝阔台的后裔海都的战争，海都统治着叶密立河流域和塔尔巴哈台山地的父系领地。这个蒙古人仍忠实于传统，过着他们民族的生活方式，与已经半中原化的忽必烈形成了鲜明的对照。

　　毋容置疑，以忽必烈为代表的拖雷家族后裔似乎抛弃了纯成吉思汗家族的传统，海都无视拖雷家族，决定亲自恢复窝阔台家族的命运，自1251年以来，窝阔台家族就已经失去了权力。换言之，海都的目标是要宣布他本人是合法继承人，或者，无论如何，要牺牲忽必烈在蒙古的利益和察合台家族在突厥斯坦的利益，使自己在中亚创建一个大汗国。

　　孛儿只斤.海都首先反对的是察合台汗国。1267年至1269年间，他打败八刺，占领伊犁河流域和喀什噶尔，留给八刺的只是河中地区。八刺的继承者们不过是海都任意废立的属臣。当时，海都作为察合台汗国的君主采用“汗号”，并进攻忽必烈。

　　忽必烈命他的4子那木罕（Nomokhan或Nomoqan）与察合台汗国直接交战，于1275年派他率军前往阿力麻里（今固尔扎附近，在伊犁河畔）。那木罕由一些宗王组成的一个杰出的参谋组陪同出征，他们中有脱脱木儿和那木罕的堂兄弟、蒙哥之子昔里吉。但是，1276年，脱脱木儿因不满忽必烈，劝昔里吉与他合伙进行反叛。他们两人背信弃义地拘捕了那木罕，并宣布拥护海都，把那木罕交给海部的盟友、钦察汗忙哥帖木儿。他们还劝说察合台次于撒里蛮和另一些成吉思汗宗王们参加反叛。海都于1277年从阿力麻里向哈拉和林进军，形势对忽必烈来说十分严峻，他把他最杰出的将领伯颜从中国召回。伯颜在鄂尔浑河畔打败了昔里吉，把他赶回到也儿的石河畔；而脱脱木儿逃到达唐努乌村的黠戛斯人境内，后来又在帝国先头部队的攻击下被赶出此地。受到这次挫败之后，昔里吉、脱脱木儿和撒里蛮之间发生争吵，昔里吉处死了脱脱木儿，昔里吉与撒里蛮之间也互相采取敌对行动。在采取了一些无目的的行动之后，撒里蛮捉住了昔里吉，向忽必烈投降，并把他的俘虏交给了忽必烈。忽必烈原谅了撒里蛮，但把昔里吉流放到一个岛上。此后不久，1278年，那木罕王子被释放。这个反忽必烈同盟由于成员们素质差而失败。

　　但是，海都与忽必烈仍处于交战状态，他起码具有领导者的气魄。海都作为叶密克、伊犁河流域、喀什噶尔的主人和察合台诸王的宗主（他已使察合台的领地缩小到河中地区），正如忽必烈是东亚的可汗一样，他是中亚的真正可汗。1287年，海都组成了新的反忽必烈同盟，参加同盟的有蒙古帝国系各支的首领：成吉思汗弟弟们的后代。宗王中有乃颜、势都儿和哈丹。乃颜，或者是成吉思汗幼弟铁木哥斡赤斤的后裔，或者是成吉思汗异母弟、别里古台的后裔，其领地在今满洲地区；他是一位聂思托里安教徒，马可·波罗坚持认为在他的旗帜（或称纛）上画有十字。势都儿是成吉思汗大弟哈撒儿的孙子。哈丹是成吉思汗二弟哈赤温的后裔。他们在东蒙古和满洲地区都占有封地。如果海都从中亚和西蒙古带来的部队与乃颜、势都儿和哈丹在满洲集合的部队会合的话，那么，对忽必烈来说，只有死路一条。

　　忽必烈迅速行动起来。他命伯颜代替他驻守哈拉和林，阻止海都。他本人亲自率领另一支蒙军前往满洲，随之而行的有成吉思汗最信任的伙伴博儿术的孙子，玉昔帖木儿将军。帝国舰队从长江下游的中国港口出发，带着这次战争所需的大批物资在辽河口登陆，这一仗将决定蒙古帝国的命运。乃颜的军队在辽河附近扎营，以蒙古的方式，用一排马车保护着。忽必烈当时是72岁，坐在由四只象驼着，或拉着前进的一座木塔上指挥作战。拉施特记道，这次行动十分艰巨，在一段时期内，胜负难分。结果，无疑是忽必烈获胜了，正如中国史所记，是由于忽必烈军队在人数上占优势，也是由于他把中国军队与蒙古军队有效地联合起来。乃颜被俘，作为成吉思汗的侄孙子，忽必烈赐他不流血的死，即将他在毡毯下闷死（1288年）。那些站在乃颜一边的聂思托里安教教徒们有理由担心会遭到报复，但是，忽必烈认为基督教对这次反叛不负有责任。忽必烈之孙、未来的皇帝铁穆耳完泽笃（Temtir Oljaitu）由于粉碎了哈丹和镇压了满洲及其毗邻的蒙古地区而完全制止了进一步的叛乱。

　　海都消灭叛徒忽必烈的战争失败了，但是，他仍是杭爱山以西的西蒙古和突厥斯坦的君主。忽必烈的一个孙子甘麻刺（Ka－mala）王子在守卫杭爱山边境地防止海都进攻的任务，结果他被海都军打败，并被围困在色楞格河附近，在费尽了努力后才逃脱。忽必烈不顾自己年事已高，感到有必要亲自前去扭转形势（1289年7月）。但是，海都按游牧方式已经远遁。1293年，留在蒙古统率帝国军队的伯颜，以哈拉和林为基地，成功地发动了一次对叛军的远征。同年，忽必烈之孙、铁穆耳王子取代伯颜统率军队。伯颜成了忽必烈的宰相，他在忽必烈去世后不久，于1295年去世。

　　忽必烈生前未能看到反海都之战的结束。当这位大皇帝于1294年2月18日去世时，窝阔台家族的大汗仍然是杭爱山以西的蒙古和中亚的君主。忽必烈的孙子、继承者铁穆耳完泽笃（1295－1307年在位）继续了这场战争。当时海都的主要盟友和属臣是统治着突厥斯坦的察合台兀鲁思首领都哇。在1297年至1298年期间，都哇发动突然攻击，捉住了汪古部勇敢的阔里吉思王子（即乔治，在此可以回顾一下，汪古部人是聂思托里安教教徒），他是铁穆耳的女婿，正统帅着在元朝的军队。当时都哇企图袭击另一支元军，即由保卫着唐兀惕边境（甘肃西部）的阿难答王子统率的军队。但是，他本人却意外地遭到袭击，只得逃跑。为报此仇，他处死了他的俘虏阔里吉思（1298年）。

　　1301年，海都作了进攻帝国的最后一次努力。这次有窝阔台系和察合台系的许多宗王参加。他向哈拉和林进军，和林当时由铁穆耳皇帝的侄子海山王子镇守。1301年8月，在和林与鄂尔浑河左岸支流

　　塔米尔河之间展开一场大战。结果海都战败，并在撤退中死去。

　　海都之子察八儿在塔尔巴哈台的叶密立地区继之为窝阔台兀鲁思的首领，扮演着同样的反皇帝的角色，反对忽必烈家族的帝国权利。察合台兀鲁思首领都哇最初承认察八儿是他的宗主，但是，不久厌倦了这些无休止的反帝国战争，他劝说察八儿承认铁穆耳皇帝为宗主。1303年8月，两位宗王的使者到北京宫廷表示效忠，这是十分重要的一步，它再次把窝阔台和察合台的兀鲁思置于拖雷家族的藩属地位而恢复了蒙古的统一。接着，都哇和察八儿之间发生争吵；都哇囚禁了察八儿，逼他交出东、西察合台汗国（约1306年）。都哇死（约1306－1307年）后，察八儿约于1309年进攻都哇之子、继承者怯伯（Kebek）汗，企图以此恢复窝阔台兀鲁思对察合台兀鲁思的霸权，但是，他被怯伯开打败，除了逃到中国大汗处避难外，别无选择。

　　窝阔台兀鲁思就这样结束了。40年（1269－1309年）来，窝阔台汗国在它的基地塔尔巴哈台的叶密立河畔统治着中亚，并与大元国的命运抗衡。