蒙哥在位时，阿里不哥驻守在大蒙古国首都哈拉和林，素来反对忽必烈的汉化政策。
1259年8月11日蒙哥去世。1260年5月5日，忽必烈在精兵拥立下于中原开平自立为大汗；四月，阿里不哥在哈拉和林被蒙古本土贵族推举为大蒙古国大汗。双方遂展开激烈内战，历时四年之久。
1261年，忽必烈占领哈剌和林后再次发兵进攻，大败阿里布哥军于昔木土脑儿。
1264年8月21日阿里不哥力竭投降，忽必烈把他幽禁。1266年，阿里不哥逝世（或称是遭忽必烈毒杀）。

1260年秋，阿里不哥兵分两路，大举南下。东路军由旭烈兀子药木忽儿、术赤后王合剌察儿统率，自和林逾漠南进。西路军由阿兰答儿统领，直指六盘山，意在接应从四川前线退屯该地的蒙哥攻宋主力，这支军队在蒙哥死后曾归阿速台节制，阿速台投奔漠北后，一直控制在阿里不哥的大将浑都海和哈剌不华手里。阿里不哥的左路军以宗王为帅，而且直接威胁汉地政治经济中心燕京，因此忽必烈亲自领军逆之，而以移相哥、纳邻合丹（当为合赤温孙）为其前部。移相哥军击溃药木忽儿和合剌察儿，阿里不哥难以继续立足和林，匆匆退到由他继承的拖雷分地吉里吉思。忽必烈大概是循帖里干道，顺利进至和林。其时约在当年初冬。当时和林城的残破或许相当严重，所以到达不久，忽必烈便南至汪吉河（今翁金河）冬营地，以为短期休整。阿里不哥生恐忽必烈乘胜追击，乃遣使假意求宥，并称待马力稍复，再赴阙谢罪。忽必烈深以汉地政局为念，遂留移相哥镇漠北，自己冒严寒逾漠南返。

南指六盘山的西路军虽为偏师，但它牵动川蜀关陕，使那里本已化险为夷的形势又紧张起来。原来早在廉希宪受命宣抚京兆、四川时，屯兵观望于六盘山的浑都海就企图联络阿里不哥遣往关中的刘太平、霍鲁怀及川蜀军中亲阿里不哥的将领发难。廉希宪当机立断，捕杀刘太平、霍鲁怀，以处于弱势的秦巩世侯汪家的军队拒阻浑都海，“但张声势，使不得东”。浑都海果然中计，“闻京兆有备，遂西渡河，趋甘州”，采取了“重装北归，以应和林”的下策。关陕之危竟得安然解脱。可是当阿兰答儿提兵与北归途中的浑都海会师之后，这支军队重又折返东向，并派人约结陇蜀诸将，一时“人心危疑”，朝士至有捐弃两川、退守兴元之议。两军兵锋初接，朝廷方面又先失利，遂愈使“河右大震”。这时候，忽必烈增派的诸王合丹（窝阔台子）、哈必赤（合撒儿子）等率师与汪惟良、八春等“合兵复战西凉，大败之，俘斩略尽”。阿兰答儿、浑都海被擒杀。关陇遂安。中统二年二月，阿里不哥诏命燕京行省及各路宣抚使北上开平，会议军国大政。三月末，燕京省官毕集开平。本年夏季，除检核钱谷、充实省部、擢用辅弼外，朝廷还为中央和地方官府制定了若干具体的行政条款，行政中枢既经调整扩充，更明确地分为两个班子，以史天泽、张文谦等人留中，王文统、廉希宪等行省事于燕。秋，又置大司农官，并置十道劝农使司，“为之使者，皆取于故国老人、君子长者，亲行田里，谕以安辑，教之树艺”。