自成吉思汗死後，由第三子窩闊臺一系繼任大汗，但是窩闊臺汗之子貴由汗死後，窩闊臺汗一系失去了汗位。蒙古提議召開庫裏臺大會，力挺拖雷的長子蒙哥爲大汗。自拖雷後裔蒙哥當選蒙古大汗始，窩闊臺後裔漸失勢，海都作爲窩闊臺汗的孫子，即於此時分封至蒙古以西的海牙裏 。
忽必烈長期被分封到中原地區，接受儒家思想影響，積極準備漢化改革，這與海都等蒙古保守派格格不入。 蒙哥汗死後，忽必烈受到漢族儒家士子支持佔據漠南中原地區自立爲汗，海都支持新汗阿里不哥與忽必烈爭奪汗位，終告失敗。 但海都希冀大汗之位屬於窩闊臺後代，遂積蓄實力，聯合欽察汗國，圖謀與忽必烈爭奪蒙古帝國大汗寶座。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，因此他不斷圖謀反對忽必烈。
直接起因
因爲窩闊臺汗一系密謀分裂蒙古帝國，企圖侵奪忽必烈的汗位。忽必烈遂派察合臺後嗣八剌返察合臺汗國爭奪汗位，企求引起西部諸王內亂，以便其集中精力滅南宋的戰爭。令忽必烈意外的是，海都雖然與八剌初亦激戰，但旋即和好。海都統轄葉密立(今新疆額敏東南)一帶原屬窩闊臺和貴由的封地，於至元五年(1268年)發動叛亂，並建窩闊臺汗國。隨後，與昔裏吉、乃顏等叛亂宗王交相侵擾西北地區，以致忽必烈徵調攻宋的伯顏軍北上平叛。
西北舉兵
至元五年(1268年)，海都一部遊弋東趨，進入嶺北，馳突蒙哥之子玉龍答失所統巴鄰部衆 。這很可能只是偶然事件，但馬上被駐紮在蒙古高原的忽必烈軍隊視爲海都稱叛的信號。於是漠北的元軍出兵，在北庭擊敗了反叛的軍隊，而且又追殺到阿力麻裏(位於今新疆霍城縣西北)，叛軍接着逃走至兩千餘里以外，世祖下令停止追擊 [5] 。直到這時，海都似乎還力圖避免與忽必烈軍正面開戰，因此纔會從阿力麻裏西撤。海都的西奔，引起了當時的察合臺汗國兀魯思汗八剌的疑懼。八剌深恐海都就此西渡錫爾河，奪取河中，因此急忙出兵攔截，兩軍在錫爾河畔相遇，
元朝北部形勢
元朝北部形勢
發生大戰。八剌先勝，海都在獲得朮赤后王的援兵後再度出戰，大敗八剌。八剌軍退至河中，預備整軍再戰。
爲了避免河中地區的城郭遭到更大破壞，海都派遣合丹(窩闊臺子)的兒子欽察去與八剌約和。至元六年(1269年)春，朮赤兀魯思、察合臺兀魯思和窩闊臺兀魯思三方會盟於塔剌思河。三方議定：互結爲“安答”;河中地區三分之二劃歸八剌，剩下三分之一屬於海都和蒙哥帖木兒;諸王各自退回山地和草原，不得進入城郭地區，不在農耕地上放牧牲畜，也不向城郭居民濫行徵發;農耕定居區域的管理仍由麻速忽負責;爲了增加八剌的牧場、土地和軍隊，將由海都派兵，援助八剌西越阿姆河去侵奪伊利汗阿八哈的疆域。
翌年(1270年)開春，八剌便從河中西攻呼羅珊。伊利汗阿八哈在也裏(今阿富汗赫拉特)附近用計大敗八剌軍。八剌敗退河中，不久死去。察合臺孫聶古伯(撒裏班之子)被海都立爲察合臺兀魯思的新汗，察合臺兀魯思淪爲海都的附庸。海都取得對突厥斯坦和河中的支配權後，對元朝的態度逐漸強硬起來，開始了與元朝在天山南北兩路直接對峙和爭奪的階段。
對峙爭奪
至元八年(1271年)，忽必烈命北平王那木罕開府於阿力麻裏。至元十年(1273年)，那木罕趁察合臺汗聶古伯與海都不睦，發兵前往征討。聶古伯死，不花帖木兒(察合臺第七子合答海之子)繼位爲察合臺汗，不久也死去，八剌之子篤哇即位。此兩汗均由海都援立。至元十一年(1274年)，元廷設置畏兀兒斷事官;增設斡端、鴉兒看(今新疆莎車)等驛站 。至元十二年(1275年)正月，忽必烈連續下了三十四道追拘海都、篤哇金、銀符凡的詔書。拘收的旨意和牌符更加激化了雙方的衝突。大約在至元十二年(1275年)夏季，窩闊臺系諸王禾忽(貴由子)沿塔里木沙磧南緣進至蒲昌海(即羅布諾爾，在今羅布泊西)一帶，切斷元朝通向巴達黑傷山地的驛路 。
篤哇和他弟弟不思麻率兵圍攻別失八里，應當也在這時候;他們很可能是與禾忽分道徵進，即沿天山南麓、塔里木沙漠北緣東襲，然後越過天山直至別失八里城，並一度攻佔此城。是後不久，畏兀兒亦都護就從殘破的別失八里南徙，移治於哈剌火州(在今新疆吐魯番以東) 。針對海都、篤哇東進的形勢，元廷派昔班出使海都，諭之罷兵。至元十二年(1275年)七月，又詔安童以行中書省、樞密院事，增援阿力麻裏，助那木罕鎮邊。海都被昔班說動，退軍並設置驛站;而這時安童已經率部攻克了火和大王的部落，將他的財物輜重全部佔據 。
平定北方
至元十四年(1277年)春，叛軍從他們的吉利吉思、謙州大本營南進，結集在和林北面鄂爾渾河、土拉河一帶。夏，漠南元軍擊潰駐牧應昌的翁吉剌貴族只兒瓦臺響應昔裏吉的叛亂後，絕漠增援和林地區。七月，伯顏奉詔統領嶺北諸軍平叛。元軍在土拉河、鄂爾渾河連勝叛軍。昔裏吉等敗退吉利吉思。至元十五年(1278年)，元軍在唐麓嶺(今唐努山)以南巡弋，逐漸形成對吉利吉思的軍事包圍。至元十六、十七兩年(1279—1280年)，雙方不斷交戰，元軍一度進至位於叛王巢穴的謙河(今葉尼塞河上源)、兀速水(今葉尼塞河上游支流烏斯河流域)一帶。這時叛軍已失去繼續作戰的能力。連叛王中最號強盛的脫帖木兒，也認爲戰事僵持、士兵厭戰 。於是叛王之間發生了內訌。昔裏吉和撒裏蠻互相攻殺。至元十九年(1282年)，他們先後赴闕謝罪，長達七年的昔裏吉之亂遂告結束。
至元十七年(1280年)，朮赤后王忙哥帖木兒病死。翌年，脫脫蒙哥繼位爲金帳汗，將被拘質的那木罕遣回 。至元十九年(1282年)，昔裏吉亂平。元廷因改封北平王那木罕爲北安王。看來那木罕東歸以後，主要駐紮在嶺北。突厥斯坦方向的經略，大約在這前後已由察合臺諸王阿只吉負責 。嶺北局勢漸趨平靜，嶺西地區卻又在醞釀一場新的戰爭。至元十五年以後，元政府不斷向別失八里增兵，力圖收復天山南路諸城。海都也逐步改變已恪守多年的擁兵觀望立場。至元十七年(1280年)，禾忽子禿古滅襲攻哈剌火州，劫掠附近地區。至元十八年(1281年)，劉恩率元軍擊敗海都部將，進據斡端;翌年又擊退前來攻城的海都系諸王。至元二十年(1283年)，海都遣八把率衆三萬攻斡端，劉恩以衆寡不敵，破圍退師。元軍雖然丟失了斡端，但從至元二十一年(1284年)元朝的“遊擊軍”曾進至可失哈兒一帶的事實判斷，至少北道的曲先(今新疆庫車)這時仍被元軍控制着 。
就是在收復斡端之後，海都再次向元廷表示願意和解，遣回了拘禁於窩闊臺兀魯思的安童和石天麟 。至元二十一年(1284年)三月，那木罕、安童相繼回到漠南。但元朝不甘心輕易放棄天山南路。海都方面未獲得預期反應。至元二十二年(1285年)，篤哇、不思麻領兵十二萬，擊敗諸王阿只吉，進圍畏兀兒亦都護所駐之哈剌火州。圍城之戰持續六個月。城中食盡。火赤哈兒亦都護獻女求和。都哇解去 。元廷遂派伯顏西巡，取代阿只吉，負責別失八里的軍事。
至元二十三年(1286年)，海都以偏師襲阿勒台山地區，自率主力由阿力麻裏東進，在馬納思河(今瑪納斯河)與元軍交戰，擊潰元軍，掩殺至哈密之地。畏兀兒亦都護火赤哈兒這時屯駐於哈密，戰死。此後亦都護移治甘肅行省的永昌。海都不久退回。元軍重戍於畏兀兒之地。斡端也再度回到元朝控制下。至元二十四年(1287年)，西北相對平靜，但東北地區爆發了鐵木格斡赤斤后王乃顏的叛亂。海都之亂的餘波一直到大德十年(1306年)才最終結束。
