1260年，蒙哥汗在四川合川攻城中，中流矢身亡。
消息传来，当时忽必烈正统帅三路大军围攻鄂州(武昌)，宋丞相贾似道屯兵汉阳，重庆之宋军也南下援鄂。奉命从云南北上的兀良哈台将军的部队，也在潭州(今长沙)受阻，忽必烈不得不分兵解围才与之会合。
这时候，忽必烈的妻子察必从漠北捎来信息，留守帝国首都哈喇和林的忽必烈幼弟大有夺取汗位之势。情势紧迫，断不可犹豫再三。忽必烈在军前召集幕僚商议。郝经建议“断然班师，销祸于未然“，廉希宪也建议“愿速还京，正大位以安天下“，正在此时，贾似道恰好遣使约和，于是双方商定，以长江为结，宋向蒙古每年纳银二十万两，绢二十万匹。
忽必烈轻车简从到达燕京(今北京)，驻其近郊。而这时候，阿里布哥已派脱里赤在燕京召集军队包抄忽必烈。忽必烈遣散了脱里赤的军队，同时秘令自己的军队火速北返。这时候，阿里布哥派信使召集忽必烈参加漠北和林的忽里勒台会议，选举新汗。忽必烈未予理睬，并命廉希宪到开平(后称上都，今内蒙古正蓝旗)，观察事态发展。又命塔察尔赴宗王塔察尔处，劝其支持忽必烈为汗，得到塔察尔的赞同。
忽必烈返回开平，召集部分宗王开会，在他们支持下，忽必烈登上大汗位。按照成吉思汗定下的扎撒规定，蒙古选汗必须在鄂嫰河之地召开选汗大会，而且必须有各系宗王参加，忽必烈自行选汗，显然有违传统。在哈喇和林的选汗大会上，阿里布哥得到术赤系察哈台系窝阔台系大多数蒙古宗王的支持，即大汗位。
忽必烈另一个弟弟旭烈兀，正领军发动第三次西征。旭烈兀当时已攻克巴格达，叙利亚苏丹纳昔尔派其子向旭烈兀表示臣服，旭烈兀将使者遣回，要求纳希尔投降。蒙古大军继续西进。旭烈兀兵分三路，进军叙利亚，先后攻占美索不达米亚北部诸城，渡过幼发拉底河。旭烈兀架炮攻城，纳昔尔逃奔埃及，蒙古军队占领大马士革。这时候，传来蒙哥汗死讯。旭烈兀于是班师，回到波斯。回到波斯后，旭烈兀得知忽必烈已经在开平即大汗位，并且和阿里布哥发生了汗位之争。旭烈兀与忽必烈关系向来不错，于是决定不在赴和林，而留在波斯。
这样，由于汗位之争，蒙古帝国正式分裂。其中支持阿里布哥的术赤系别儿哥，封地为从额尔齐斯河到第聂博河(乌克兰)的广大地区，统治中心在伏尔加河的萨莱(阿斯特拉罕附近)。支持阿里布哥的窝阔台系海都，封地为准噶尔盆地北部，包括今塔城、阿勒泰地区和蒙古的西部。察哈台系汗位虚悬(后为阿里布哥派出的阿鲁忽)，封地为东至伊犁河流域，西至阿姆河流域的土地。由于察哈台系和窝阔台系曾反对蒙哥即位，所以阿姆河和锡尔河之间的河中地区被划给了支持蒙哥汗的术赤系。高昌(维吾尔)由于亦都护归属成吉思汗较早，保留了自己的领地，不属于任何宗王的封地，归蒙古大汗直辖。阿姆河以西，直到地中海，包括波斯伊拉克叙利亚小亚细亚，归拖雷系旭烈兀统辖，统治中心在波斯的大不里士。
一场以忽必烈和旭烈兀为一方，以阿里布哥和术赤系别儿哥窝阔台系海都察哈台系阿鲁忽为另一方的大战即将开始了。这是当时世界上最强大的军队。当时世界其他地区的形势是，在术赤封地以西，是罗马教皇的基督教世界(西班牙在阿拉伯穆斯林统治下)。在旭烈兀封地以西的小亚细亚，基督教的东罗马帝国的拜占廷还在君士坦丁堡苟延残喘。在旭烈兀封地以南的埃及，是一个通过政变上台的突厥人建立的穆斯林王朝，罗马教皇派出的英国人和法国人组成的十字军和穆斯林埃及正不断发生战争。
蒙古国家军队的主力，原由蒙哥汗统帅进攻南宋，蒙哥汗蒙难后，四川方面蒙古军进攻不得不停下来。在大将哈喇布花率领下，退居六盘山与浑都海部会合。阿里布哥分遣阿蓝答儿进军西凉府，与哈喇布花浑都海部会合。另遣玉木忽儿和哈喇察尔南征。又派霍鲁怀，刘太平赴陕西，欲与六盘山驻军联络，自关中进兵。忽必烈命廉希宪为京兆等路宣抚使，与商挺同往。廉希宪到任后，先发制人，以谋反罪处死了霍鲁怀和刘太平。接着，忽必烈诏令八春为陕西四川宣抚使，节制诸军。命汪良臣统帅陕西汉军，监视六盘山部队。阿里布哥令阿蓝答尔领兵到西凉府后，与浑都海军会合东来。忽必烈命诸王合丹合必赤和八春汪良臣等率蒙汉诸军，与六盘山军队会战耀碑谷，啊里布哥军大败，阿蓝答儿浑都海等被杀。
于是忽必烈决定亲征和林。阿里布哥败逃谦谦州(既唐奴乌梁海，今图瓦)。忽必烈命宗王移相哥统领一军驻扎和林，以待阿里布哥。自己领兵南返。在燕京赏赐拥立诸王。然后返回开平。
在说察哈台汗国，由于察哈台系和窝阔台系在蒙哥选汗时反对蒙哥汗，河中地区被蒙哥汗划给支持他的术赤系，自己封地仅限东部，而且察哈台孙哈喇斡忽勒在返回途中夭折，其妻兀鲁忽乃可敦监国达十余年。蒙哥大汗死后，由于发生了忽必烈和阿里布哥的汗位争夺，忽必烈和阿里布哥都企图占据察哈台汗国。该地区成为角逐之地。忽必烈派曾供职于他身边的察哈台曾孙阿必夫和的儿子兀鲁乃任察哈台汗国国主。不想途中被阿里布哥军队所杀害。阿里布哥以谦谦州为基地，控制了察哈台封地，并派察哈台六子拜达尔之子阿鲁忽成为察哈台汗国国主。同时命他轭守阿姆河，防范旭烈兀东接忽必烈。
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