自拖雷後裔蒙哥當選蒙古大汗始，窩闊臺後裔逐漸失勢。窩闊臺汗之孫海都為人聰明能幹而狡詐，逐漸糾集部眾。恰此時，海都被分封至蒙古以西的海押力(今哈薩克斯坦塔爾迪·庫爾幹爾)，勢力日盛，成為窩闊臺系諸王的首領。成吉思汗曾經說出，只要窩闊臺有一個吃奶的後代，都比其他人優先繼承，因此海都不斷反忽必烈。
海都從開始在封地謀劃叛亂時，最大的幕後支持者便是金帳汗國的朮赤系宗王，別兒哥即位後更是非常關注海都的所作所為。在阿里不哥和忽必烈的爭位戰爭尚在相持階段時，別兒哥便與海度常有使臣往來，如今河中領土淪喪，自己又無法親征，而海都也急於擴充自己的勢力，正好可以利用。於是，別兒哥派人給海都送去大量給養輜重，請他出兵攻打阿魯忽，並許諾，只要海都打敗阿魯忽，自己便承認海都對察合臺汗國的統治權，以他為察合臺汗國之汗。
海都本就不承認拖雷的子孫來當蒙古的大汗，雖然別兒哥要封自己為察合臺汗的做法屬於僭越，對他來說完全無所謂，能夠得到物資支援，在這個大混亂的時代建立的自己的霸業才是最重要的。在得到補給後，海都迅速採取了行動，向著阿魯忽的背後狠狠的刺了一刀，發兵猛攻察合臺汗國。阿魯忽還沒從撿便宜的喜悅中緩過神來，便被以彼之道還施彼身，惱怒之下率軍迎擊，與海都大戰兩場，先敗後勝，算是打成了平手。海都未能如別兒哥所願打垮阿魯忽，而阿魯忽也無法解除海都對自己的威脅。東部的兄弟之戰與西部一樣，各有勝敗，陷入對峙。
自己發出的聖旨墨跡未乾，兄弟們同意與會的承諾言猶在耳，同室操戈的大戰便此起彼伏，在1264這一年，忽必烈想必被憤怒、無奈的情緒所包圍吧。可兄弟們雖然互相打得難捨難分，畢竟沒有公開反對自己，想要率軍前去做個和事佬也沒有藉口，他只能盼著大家打累了再出面。可是，忽必烈卻沒有機會再把兄弟們召集起來開會了。不知道是上天的安排還是命運的捉弄，別兒哥、旭烈兀、阿魯忽三個冤家竟然在1264至1266年之間相繼病逝，時間差不超過一年。他們的位置分別被別兒哥的侄子忙哥帖木兒、旭烈兀之子阿八哈和阿魯忽繼子木八剌沙所繼承。
兄弟們不在了，各個汗國的現任君主都是自己晚輩，忽必烈原本認為，以後的事情可以好辦得多了。可惜，年輕人精力充沛，對於權力、地盤和財富的慾望更為旺盛，不是他這個遙遠的長輩所能擺弄的。先說金帳汗國的忙哥帖木兒，叔叔在位的時候丟失了中亞大片疆土，這個帳他可不想認，剛一繼位便派出使者與海都續簽盟約，隨時準備對察合臺汗國下手，而對於在遙遠的大都城中的那個忽必烈叔叔，對他來說基本屬於不存在。
而察合臺汗國新的汗王木八剌沙僅僅是阿魯忽的繼子，他的父親是曾被貴由汗廢黜的哈剌旭烈，母親兀魯忽乃嫁給了阿魯忽從而幫助其坐穩了察合臺汗國的汗位。現在阿魯忽已死，兀魯忽乃王妃沒有請示元廷便在眾多貴族的支持下擅自立木八剌沙為汗，察合臺汗國畢竟還是元朝的藩屬，阿魯忽在位的時候還總是希望得到忽必烈的冊封，兀魯忽乃王妃的所作所為，也基本上不拿忽必烈當回事了。
倒是伊兒汗國的阿八哈和他父親旭烈兀一樣，是一個堅定維護忽必烈所代表的蒙古汗廷權威的人，堅持伊兒汗國是蒙古帝國的一部分。當旭烈兀去世，眾臣擁戴他登基繼位時，阿八哈說：“忽必烈合罕（大汗）是長房，怎能不經他的詔賜就登臨[汗位]呢？” 於是，在長達五年的時間中，阿八哈在未取得忽必烈大汗冊封認可前，只以“攝政”之名君臨伊兒汗國。直到五年後，忽必烈的特使抵達伊兒汗廷，“帶來了賜給阿八哈汗的詔旨、王冠、禮物，讓他繼承自己的光榮的父親成為伊朗地區的汗，沿著父祖的道路前進。” 伊朗與中國相距萬里，阿八哈的這份忠心讓忽必烈大為感動，但感動歸感動，伊兒汗國離得太遠了，彌補不了察合臺、金帳不服管束的遺憾。
金帳汗國較為遙遠，而且還有伊兒汗國看著，暫時可以擱置。而察合臺汗國近在咫尺，其向背直接關係到朝廷對西域的控制。於是，忽必烈決定派自己身邊的堂侄，察合臺次子莫阿禿幹之孫八剌回察合臺汗國奪取木八剌沙的權力。按忽必烈的考慮，莫阿禿幹是察合臺生前選定的繼承人，其子孫對於察合臺汗國汗位有這當然的繼承權，再加上自己這個大汗的冊封，事情萬無一失。可歷史證明，忽必烈的這個選擇實在是個昏招。
木八剌沙母子之所以敢於自立，就是因為察合臺汗國的貴族將軍們早就對蒙古法統和忽必烈的汗廷不以為然了。八剌拿著一張聖旨回到察合臺汗國，不要說奪取權力，只要稍稍露出自己是奉命回來奪位都可能危機性命。於是，八剌將聖旨祕而不宣，竭力討好木八剌沙，並廣為結交察合臺汗國內部的實力派，暗中積蓄力量。
木八剌沙在母親的羽翼下成長，沒什麼政治才能，即位後毫無建樹，不但不能繼續阿魯忽時代的擴張勢頭，反而被海都接連蠶食領土，不但丟掉了首都阿里麻裡，連塔剌思、肯切克、訛達剌等錫爾河東岸地區都在一年之內相繼丟失。眾多將軍對這位無能的可汗大失所望，逐漸聚集在八剌身邊，見到時機成熟，八剌便在貴族們的支持下廢黜木八剌沙，將其貶為馴虎師的總管，接管了察合臺汗國。
八剌的成功似乎可看做是忽必烈的勝利，可忽必烈忘了，八剌奪得權力靠的可不是他的聖旨，而是自己的陰謀和能力。而一旦登上察合臺之汗的寶座，八剌就必須和察合臺系宗王站在一個戰壕裡，為他們謀取更多的利益。忽必烈想要維護朝廷在西域的統治，就必然觸及到察合臺系宗王在這裡的權利。八剌最終走向他的敵對面，可說是必然的。
果然，八剌在整合好內部之後，並沒有如忽必烈所願去和海都、忙哥帖木兒較量，反而將目標鎖定在元朝西北重鎮斡端（今新疆和田）。1266年底，八剌率兵三萬攻打斡端，斡端守將忙古帶、火你赤只有數千兵馬，無法抵擋，只好後撤。斡端地區遂被八剌吞併。
雖然吃了虧，忽必烈卻並沒有動聲色，其一是攻宋戰爭已經啟動無暇西顧，其二是他也明白，八剌要想擴充實力必須要和海都、忙哥帖木兒一爭短長。只要自己沉得住氣，八剌早晚要和他們交手。等到自己滅了南宋集中精力考慮西北問題的時候，八剌和海都應該已經兩敗俱傷了。