1294年，忽必烈去世。早在1273年，元世祖依汉制立察必皇后所生第二子真金为太子，不过1285年，真金去世，以后没有再立太子。真金长子甘麻剌被封晋王，出镇岭北数年，1293年，真金幼子铁穆耳也出镇漠北。后大臣伯颜等召集忽里台，立铁穆耳为大汗，即元成宗。
元成宗即位以后，停止军事讨伐，减轻人民负担，缓和内外矛盾。
他停止征安南，释放元世祖时拘留的安南使臣，并遣使抚慰。1298年，又拒绝了手下出兵日本的建议。而且，1304年，西北诸汗国也65与元朝议和，这样元世祖忽必烈与阿里不哥争位以来元朝在西北进行的战争终告结束。
1307年，元成宗铁穆耳死，终年42岁，在位11年，谥庙号成宗，蒙古尊号完泽笃汗。无嗣。
元成宗死后，卜鲁罕皇后欲拥立元成宗堂弟皈依伊斯兰教的安西王阿难答。右丞相哈剌哈孙等欲拥立真金次子答剌麻八剌的儿子，即镇守漠北的海山或在怀州的爱育黎拔力八达。大汗死后，右丞相哈剌哈孙分别派人通知了他们。
海山接到元成宗去世的消息后，从金山前线回和林，召集诸王大会，杀死了与阿难答通谋的合赤温后王也只里，与会诸王都劝其即位。
此时在内地的爱育黎拔力八达与其母答己先至大都。
同年三月，爱育黎拔力八达在右丞相哈剌哈孙及汉臣的支持下，诱捕卜鲁罕皇后和阿难答等人。五月，海山至上都，在忽里台上被推举为汗，即元武宗。六月，因其弟爱育黎拔力八达“平定内难”有功，立为皇太子，确定为汗位继承人，在册文中约定“自是兄弟叔侄，世世相承”。
不过，元武宗海山在位5年，便于1311年正月，死于大都，终年31岁，谥庙号武宗，蒙古尊号曲律汗。
1311年，“皇太子”爱育黎拔力八达即位，即元仁宗。元仁宗爱育黎拔力八达自幼生活在内地，10岁左右从名儒李孟研习儒学，当太子时期，又受姚燧等名儒的影响，汉文化素养在元代诸帝中较高。
元仁宗在位期间，受到母亲答己太后的牵制，对太后亲信铁木迭儿等人的贪赃枉法行为不能严办，又出于私心，想改变与元武宗叔侄相继的约定，把皇位传给自己的儿子。1315年，元仁宗封元武宗长子和世·为周王，远徙云南，和世·前往途中，于陕西发动兵变，分军攻潼关、河中府，后因内部不和退兵。和世·西逃金山，投靠了察合台汗国。同年底，元仁宗立自己的儿子硕德八剌为皇太子。元仁宗的背约行为失去了许多蒙古贵族的支持。
元仁宗为争取蒙古贵族对其立储的支持和缓和矛盾，更正了他最初颁布的一些改革措施。1317年，下令诸王、驸马和功臣分地仍按旧制自己选任达鲁花赤，并开始滥封滥赏诸王。1320年，爱育黎拔力八达死，终年36岁，在位10年，谥庙号仁宗，蒙古尊号普颜笃汗。
帝位继承之战
1320年，太子硕德八刺在答己皇太后支持下即位，即元英宗。
硕德八剌自幼在内地长大，受儒家思想影响很深，在政治上也想有所作为。但是，答己皇后以太皇太后称制，任命铁木迭儿为右丞相，使他无法摆脱其牵制。铁木迭儿得势之后独揽大权，铲除异己，杀害曾弹劾他的御史中丞杨朵儿只和中书省臣萧拜住，任用亲信，贪赃枉法。
至治二年（1322年）八、九月，权臣铁木迭儿和皇太后答己相继死去，元英宗起用木华黎后人拜住为中书右丞相，又以妻舅铁失为御史大夫。
元英宗是背兄弟之约即位，引起许多诸王对他的不满，加之财政困难，又无法及时颁给诸王、功臣应得的赏赐，所以得不到诸王和臣下的支持。元英宗让回回人交纳包银，毁上都清真寺改建佛寺，又引起回回人的不满，裁汰冗官也伤害了一些人的利益，再加元英宗平时严苛寡恩，佞佛、酗酒，因此不得人心。
元英宗任用拜住之后，追究铁木迭儿子八里吉思及铁失等人的“诳取官币”案，处死了贪赃枉法的八里吉思等人，铁失因是皇亲获特赦。至治三年五月，大臣拜住等又上奏铁木迭儿罪行涉及铁失，铁失怕被治罪与同伙密谋杀害元英宗。八月，元英宗从上都南返大都，途中驻骅于南坡店（在上都西南30华里），铁失与铁木迭儿子锁南等刺杀了元英宗和丞相拜住，史称“南坡之变”。硕德八刺终年21岁，在位三年，死后谥庙号英宗，蒙古尊号格坚汗。
之后，铁失等人很快派遣宗王按梯不花、淇阳王也先帖木儿等携带皇帝玉玺至漠北，请镇守漠北的晋王也孙铁木儿（真金长子甘麻刺的次子）即汗位。九月，也孙铁木儿即位于今克鲁伦河畔，即泰定帝。
泰定帝即位不久杀铁失等人，流放参与阴谋的诸王，以洗清自己。十一月，至大都。
1324年（泰定元年），泰定帝册立八不罕氏为皇后，立年幼的长子阿剌吉八为太子。致和元年（1328年）七月，泰定帝死于上都，在位五年，终年36岁。元文宗即位后认为其即位不合法，没上谥号，亦无蒙古尊号，史称泰定帝或也孙铁木儿汗。
泰定帝即位后，元朝帝位从真金次子答剌麻八剌后裔转至其长子甘麻剌后裔。元武宗和英宗旧臣对此不满，泰定帝死后，密谋从甘麻剌后人手中夺回帝位。致和元年八月，元武宗旧部属床兀儿子佥枢密院事燕铁木儿与西安王孙阿剌忒纳失里（忽必烈子奥鲁赤后裔）抢先在大都发动兵变，逮捕了平章政事乌伯都剌、伯颜察儿，拥立元武宗后人。元武宗有二子，长子和世·在察合台后王封地，次子图帖睦尔在江陵。燕铁木儿起兵后，派人就近把在江陵的图帖睦尔接来即位，以稳定人心。以当年为天历元年（1328年），在即位诏中宣布其兄和世·至后让位。而梁王王禅（甘麻剌之孙，泰定帝之侄）、辽王脱脱、丞相倒剌沙等也拥立太子阿剌吉八于上都，形成了两都对立的局面，战争很快蔓延整个北方。
上都方面派梁王王禅等人率兵分四路攻打大都，分别逼近居庸关、古北口、迁民镇（今山海关），还有一支攻紫荆口。燕铁木儿亲率军队分别击败攻打居庸关和迁民镇的诸王军，又破攻古北口的军队，保住了大都。齐王月鲁贴木儿（合撒儿后裔）和东路蒙古军元帅不花帖木儿等乘虚出兵攻上都，杀辽王脱脱，左丞相倒剌沙出降，梁王王禅逃脱，阿剌吉八失踪。燕铁木儿又调兵平定了四川、云南等行省支持上都的势力，两都之战以支持元武宗后人的大都方面获胜告终。
皇权帝位更迭频繁
燕铁木儿领导的大都方面获胜之后，元朝帝位又从甘麻剌系回到答剌麻八剌系，但是，兄弟二人谁即位的问题还有待解决。
在两都之战开始之际，燕铁木儿让图帖睦尔即位，以稳定人心，争取支持者。上都克复后，图帖睦尔以元仁宗在大德末年推其兄武宗即位的故事，遣使迎接和世·，和世·本来应在元仁宗死后继承汗位，但是，被元仁宗逼迫流落西北，所以得到蒙古大多数宗王的同情和支持。天历二年（1329年）正月，和世·至漠北后得到蒙古诸王的欢迎，在和林之北被推戴为皇帝后，下诏立图帖睦尔为皇太子。
四月，燕铁木儿携玉玺前往和林迎接和世·，八月二日，图帖睦尔在旺忽察都（即元中都，在今张北县白城子古城）与南来的和世·
见面，共同宴饮，未及五日，和世·“暴崩”，当时人认为是被燕铁木儿和元文宗害死的，终年30岁，谥庙号明宗，蒙古尊号忽都笃汗。
明宗死后图帖睦尔再次即位，即元文宗。
元文宗年幼时，因其兄和世·叛走被谪居海南，泰定帝时被召至京师，又安排于建康、江陵等地生活。由于自幼在汉地成长，其汉文化素养在元代皇帝中最高，书画都很出色。但经过两都之争和弑兄即位，元文宗在蒙古、色目上层中不得人心。燕铁木儿以拥立元文宗之功，开始专权用事。
明宗与文宗兄弟之间，本来也有“兄终弟及，叔侄相承”的成约，明宗死后，本应立明宗长子妥懽帖睦尔为皇太子。文宗出于私心，精心策划了妥懽帖睦尔出身之谜，正式诏告天下：“明宗在朔漠之时，素谓（妥懽帖睦尔）非其己子。”然后把妥懽帖睦尔移于广西静江（今桂林），立自己的长子燕王阿刺忒纳答刺为皇太子。然而立了皇储之后只过了39天，皇太子就死去了。有人劝文宗再立次子燕帖古思为皇太子，文宗没有答应。
1332年八月，元文宗在上都病逝，时年29岁，在位四年，谥庙号文宗，蒙古尊号札牙笃汗。元文宗留遗诏令妥懽贴睦尔即位。但是，燕铁木儿为了掌握大权，改立明宗幼子、7岁的鄜王懿磷质班为帝。
懿磷质班在位53天病逝，谥庙号宁宗。
燕铁木儿再请立燕帖古思为帝，皇后不从，只好从广西把妥懽帖睦尔接到大都来。这时妥懽帖陵尔已经13岁，过了几个月，燕铁木儿病死。妥懽帖睦尔方得以即位称帝，他就是末代皇帝元顺帝。
四大汗国的独立与衰落
钦察汗国，又称“金帐汗国”。1225年，成吉思汗划分了四子的封地。长子术赤的封地在额尔齐斯河以西、花剌子模以北（包括额尔齐斯河流域和阿尔泰山地区），术赤的斡尔朵（行宫）设在额尔齐斯河流域。
1236年，术赤次子拔都统帅“长子西征”，到1240年先后征服了钦察草原、克里木、保加尔（保加利亚）、伏尔加河和奥卡河地区以及第聂伯河流域的罗斯各公国。被征服的这一广大地区从1242年以后称为“钦察汗国”。
西征结束后，拔都从多瑙河返回伏尔加河一带，1243年，建立了钦察汗国，在伏尔加河下游修建萨莱城（今俄罗斯阿斯特拉罕附近）作为都城，即拔都萨莱城。其领地以伏尔加河为中心，东到额尔齐斯河，西到乌拉尔河，南至巴尔喀什湖、里海、黑海，北到北极圈。
拔都建立钦察汗国后，在汗国内实行分封制度，分给其13个兄弟领地和属民，各自称汗，拥有军队，形成半独立王国，蒙古人仍实行千户制。其中拔都后裔封国称作阔克斡耳朵或“金帐汗国”（即钦察汗国的别称），拔都兄长斡儿答的后裔据有今西西伯利亚、哈萨克斯坦，形成了阿黑斡耳朵或“白帐汗国”。
1255年，拔都去世。其二子相继即位，但都不到一年就死了，随后由其弟别儿哥即位。拔都之弟别儿哥在位时，名义上仍对蒙古大汗称藩，实际上汗国已成为独立国。
拔都汗死后，别儿哥汗又建新萨莱城（在今俄罗斯伏尔加格勒附近）。1262年和1265~1266年，别儿哥为了同伊利汗国争夺高加索地区，与埃及建立联盟，由此发展了与埃及的贸易关系，伊斯兰教文化也开始影响钦察汗国。
1266年，别儿哥汗去世，由拔都子忙哥帖木儿即位，得到元朝册封。忙哥帖木儿汗一度出兵击海都汗，不久双方和解，忙哥帖木儿与八剌和海都在塔剌斯会盟，结成对抗元朝和伊利汗国的同盟。
之后，脱脱汗即位，1302年，归顺元廷。1308年，元武宗册封脱脱为宁肃王。
1313年，脱脱去世，其侄月即伯嗣位，1314年元仁宗遣使册封，予以承认，此后双方经常遣使往来。
月即伯在位时，建立了中央集权，钦察汗国达到了极盛时期。汗国迁都别儿哥萨莱城（今俄罗斯伏尔加格勒附近），与伊利汗国、埃及等国通好，对外贸易兴隆。伊斯兰教在伏尔加河下游广泛传播，此后诸钦察汗都信奉伊斯兰教。
月即伯之子扎尼别汗（1342—1357年）死后，汗国内为争夺钦察汗位展开了激烈的内讧。1360—1380年间，钦察汗更替了二十几任。这一时期，钦察汗国的政权实由万夫长马买掌握。
1371年之后，斡罗思各公国停止向钦察汗纳贡，1380年，马买征斡罗思失败。同年，白帐汗脱脱迷失乘机击败马买，控制了钦察汗国的主要疆土，以后在中亚帖木儿汗国的支持下登上钦察汗位，自此钦察汗都出自白帐汗系。1382年，白帐汗率军攻占莫斯科，迫使其重新纳贡。
钦察汗国强大后与帖木儿帝国展开争夺，经三次大战脱脱迷失汗被帖木儿击败，伏尔加河一带受到很大的破坏，钦察汗国开始衰落。
由于诸王各自为政，钦察汗难以建立中央集权统治，在内讧中日益衰落。
15世纪20年代，从钦察汗国中分裂出了西伯利亚汗国，15世纪中叶，又分裂出了喀山汗国、克里木汗国，15世纪80年代又分出阿斯特拉罕汗国，钦察汗国只余下有限的疆土，被称作大帐汗国，斡罗思强大后也脱离了其控制。1480年，大帐汗阿里麻征斡罗思不战而退，途中被人杀死。1502年，大帐汗国被斡罗思灭。分裂出的其他各汗国，也先后被斡罗思兼并。
成吉思汗第二子察合台最初封地大体相当于西辽故地，即从畏兀儿境一直到河中的草原地区，设帐于阿力麻里（今新疆霍城西北克根河西）。察合台汗国最盛时疆域东至吐鲁番、哈密、罗卜泊，西至阿姆河，北至塔尔巴哈台山（塔城），南越兴都库什山。其境内河中和今南疆地区为农业区，今巴尔喀什湖以东、以南是牧业区。原居民大都信奉伊斯兰教。
1241年，察合台汗离世后，其孙子哈剌斡忽勒继承汗位。由于察合台和窝阔台两家族反对蒙哥继承大汗位，所以蒙哥大汗把河中地区交拔都统辖。哈剌斡忽勒的统辖区只限于东部地区，而且哈剌斡忽勒尚未抵达府邸，就在途中夭折了。按照蒙哥大汗的旨令，乃哈敦（皇后）统治了察合台汗国，长达10年之久。
蒙哥大汗死后，成吉思汗家族内部爆发了长期的争夺汗位的斗争。
忽必烈、阿里布哥、海都等都企图占据察合台汗国，该地区成为角逐之地。忽必烈曾派供职于他的阿必夫合（察合台曾孙）的儿子兀鲁克去察合台汗国当君主，不幸的是，兀鲁克在途中被阿里布哥的军队所杀害。阿里布哥则派拜答儿（察合台的第六子）的儿子阿鲁忽为察合台汗国的君主，并保证军需的供应，让其注意防备忽必烈军队的侵袭。
后来阿鲁忽又从拔都手中夺回了河中地区，使察合台汗国真正成为独立汗国。
1264年，阿鲁忽去世。1265年，哈剌斡忽勒的儿子木八剌沙登上汗位。忽必烈为了控制察合台汗国，于同年派察合台长子木阿秃干之孙八剌与木八剌沙共同掌管察合台汗国。木八剌沙倾向于伊利汗国的阿八哈汗，所以对八剌并不欢迎。于是，八剌按照忽必烈的旨意，串通木八剌沙的书记官和一部分士兵，进行了推翻木八剌沙的活动，最后当上了察合台汗国的君主。
1270年，八剌病故于布哈拉。八剌死后，布花帖木尔继承汗位。
布花帖木尔在位后，统治集团内部又发生分裂，八剌的长子伯帖木儿等率众投奔忽必烈；木八剌沙及哈剌斡忽勒二人的诸子则投奔了阿八哈汗。
1274年，其子笃哇在海都的支持下即位，并多次与海都汗一道侵犯元朝，受海都汗的控制。1301年，海都汗和笃哇汗与元军交战失败，海都汗死，笃哇汗受伤，后来与海都子察八儿汗一起与大汗议和。1310年，笃哇汗子怯怕击败察八儿汗兼并窝阔台汗国封地。察合台汗国多次与伊利汗国交战，争夺地盘。以后政治中心西移河中地区。
