当时的蒙古军队被叫作“铁蹄旋风”，扬名万里，他们攻城略地，所向披靡，且凶猛狠辣。所以，兵锋所指令人胆寒、谈之色变。蒙古军队为什么有如此赫赫雄威，这与他们的军事制度及蒙古人能征善战是分不开的。
忽必烈建国以后，为保持强大国力，特别注意军事建设，他总结以往的军事经验，改革了成吉思汗以来的军政合一制度，实行军民分治，让军不干民，确立了当时世界上最为先进的军事制度。
忽必烈日常确立的军事制度，主要分为宿卫军与镇戍军两大系统。
宿卫军系统的主要职责是守卫京师，战时出征。忽必烈建立的宿卫军队由怯薛军与侍卫亲军两部分组成。
怯薛军是成吉思汗建立大蒙古国时期由叫作那可儿（伙伴之意）的亲兵组成的侍卫部队，当时确立编制人员为一万人，其中宿卫一千人，散班担当先锋。“探马”便是“先锋”。
探马赤军本来是蒙古军的一部分，后来，随着民族成份的增强，也吸收色目人、女真人和北方汉人等，甚至还出现了纯粹由畏兀儿人组成的探马赤军。
汉军是由北方汉族地主武装、金朝降军、早期宋朝降军与早期蒙古在中原地区征发的士兵为基础，整编而成。忽必烈非常注意对汉军的整顿与编制，逐步训练成为一支非常强大的军队。
新附军主要是收编南宋降军所组成的军队，在蒙古各军之中，不太引人注目。
与四等人制划分一样，忽必烈特别重视蒙古军和探马赤军。他规定，在京师附近的腹里地区，主要由蒙古军戍守；华北、陕西、河南、四川、山东等地主要由蒙古军和探马赤军相参戍守；南方以汉军、蒙古军、新附军驻戍，防御重点是临江沿淮地区。
忽必烈对新附军不是很相信，曾将其中部分编入其他军队，由色目人、蒙古、
或汉人将领统领，将其一部分安排在边陲之地从事屯田与工役造作等工作。
另外，忽必烈还建设一些带有乡兵性质的军队，像东北的高丽军、女真军、契丹军、幼军，福建的畲军，云南的寸白军等。
这些军队多由当地少数民族壮丁组成，负责维持地方秩序，遇有特殊情况也被调发出征或镇戍其他地区。
忽必烈的军队建制还采取蒙古传统的十进制，分为十户、百户、千户与万户，分设长官为牌头、百户、千户、万户与都万户，在非蒙古军的万户和千户部队里，还设立有达鲁花赤进行监督。
忽必烈规定，各地蒙古军与探马赤军由设于山东、四川、河南、陕西的四个蒙古军都万户府（都元帅府）统领，隶属于中央枢密院。
其余镇戍军队，归属各地方行省管理，由行省平章管军事。但遇有战事，都由行枢密院统领，更防、调遣等重要军务，由枢密院节制。
忽必烈赋予枢密院掌管怯薛军以外的全部军权，既直辖地方上的蒙古军和探马赤军，统领中央的侍卫亲军，又管理各行省管军的长官。枢密院的长官不但有调兵权，还能管理军队，任命军官。
忽必烈时期规定，枢密院直接听命于皇帝，枢密院的主要由蒙古人与色目人担任长官，地方上，各行省兼管军事的平章也由蒙古和色目人担任。
全国兵马总数，只有皇帝和枢密院的蒙古官员知道，行省兵马也只有为首的蒙古官员知道，汉人和南人不得过问。这就将从上到下的军权统一到蒙古和色目人手中，最后由皇帝来指挥。
为保证军队的战斗力，忽必烈除了加强军队的军事训练以外，又加强了对各级军官的管理，定期进行考核，包括有五个方面的内容，也就是治军有法，镇守无虞，铠仗精完，军无逃窜，差役平均。严格禁止军官役使与“不恤”士卒。
因为忽必烈利用和网罗了军事人才，保证了当时的军事力量；各级主要军事长官皆由蒙古与色目人担任，使蒙古和色目人上层紧紧地控制了军权；又加强了军队训练与军官的管理，保证了军队的战斗力，加强了对地方的控制，保证了全国的稳定。
忽必烈执政时期，其部队主要兵种有步兵、骑兵、炮手军与水军。
蒙古军与探马赤军主要是以骑兵为主。
蒙古民族是一个游牧民族，从小骑射，在马鞍上长大，因此也被称为“马背民族”。
这种优越条件，让蒙古军成为那时最为精锐的骑兵队伍。探马赤军主要由蒙古人构成，其他各族也主要是游牧民族，所以组成骑兵队伍比较容易，蒙古骑兵行军作战主要使用轻便的环刀、大斧与长短枪等武器，行军作战都很灵巧方便。
一般每个骑兵有一匹或多匹从马，便于长途行军时轮换乘骑，且很少携带笨重辎重物品，所以，作战的冲击力与长途奔袭的快速机动能力都要超过其他军队。
汉军与新附军主要是步兵，继承了金宋战法，士兵配有刀、箭、枪、戟等武器，在地形险阻的阵地战和城塞攻防战中发挥重要作用。
炮手军是蒙古在多年征战中渐渐发展起来的一个兵种。
元太祖成吉思汗九年（1214 年），大将崦木海曾受命担任随路炮手达鲁花赤，挑选五百余人，组成第一支炮队，主要靠缴获金宋大炮使用。
忽必烈在战争中看到了炮石的威力，很想发展炮手军。他即位以后，听说回回人阿老瓦丁和亦思马因等人能够制造回回炮，立即召至京师大都，让他们领导工匠成批造炮，并于午门前试放，获得成功。
至元十年（1273 年），元军久攻襄樊不下，忽必烈遂将亦思马因等炮匠连同大炮一起送往襄樊前线使用。亦思马因“置炮于城东南隅，重一百五十斤，机发，声震天地，所击无不摧陷，入地七尺”，终于攻克了襄樊。
亦思马因送往襄樊前线的大炮，实际上是一种巨型抛石机，还不是火药炮。
蒙古军队在灭金之时曾领略了金人铁火炮“震天雷”的威力，忽必烈所以下决心要造成自己的火炮，不久也获得了成功。
至元十一年（1274 年）和十八年（281），忽必烈两次东攻日本，就使用了火炮。有坂诏藏《兵器考·火炮篇》记载，元军第一次同日军作战时，使用的“飞铁炮火光闪闪，声震如雷，使人肝胆俱裂，眼昏耳聋，茫然不知所措。”
《太平记》中也有元军使用铁火炮同日军作战的记载，球形铁炮抛出之后，“一次可发射二三千弹丸，敌军多人伤亡。”
当时，日本有一位名叫竹奇季长的画家，把当时亲眼目赌的情景画了下来。
其中一幅画面上，左边是元兵，右边是日本兵，中间地带放有一门铁火炮，呈炸裂状，下半完整上半已破裂。可见忽必烈时期火炮也有了重大发展。
忽必烈为了扩充炮手军，大规模征调炮匠，组织制造兵器，开矿冶炼，设置炮手总管府、回回炮手都元帅府等机构，专门掌管炮兵，把炮手军建设推向了一个新的高潮。
忽必烈对水军建设也作出了很多贡献。早期蒙古军只有骑兵，善于陆地作战，水战则束手无策。
蒙古灭金以后，发动了攻宋战争，宋地江河颇多，水战很多，蒙古统治者开始意识到建立水军的重要性。元太祖十年（1238 年），蒙古军将领解诚在对宋作战中夺得战船千艘，遂被任命为水监使，建立了第一支蒙古水军。
那时的蒙古水军，主要靠缴获宋朝战船作战，水中作战技术及灵巧机动等方面有许多欠缺。
忽必烈即位以后，为了改正这一弊端，把大规模建设水军当成攻宋的首要任务来抓。他任命张荣为水军万户，打造战船，加大精力建设水军。
忽必烈采取刘整等人建议，大规模训练水军，很快就形成了一支战船千艘、士兵万人的水上武装。
到至元十年（1273 年），元军集结在襄樊前线的水军已达十六万人，战舰已达万艘，已形成了一支非常强大的水军部队。
到至元十六年（1279 年），宋元崖山海战时，元军以其巨大的冲击力和机动灵活的水上战法，大败宋军，说明这时元朝的水军已经不比宋朝差了。
忽必烈又曾出兵攻打日本、安南等国，都出动了大量战舰，显示了元朝水军的威力。
由于忽必烈重视水军建设，使元朝的军兵种及其结构发生了重要变化，使原来仅善于陆地作战的蒙古军，发展为要陆战则陆战，要水战则水战，水战陆战皆宜的强大武装。在中国古代军事建设史中占有重要地位。
忽必烈的部队兵源充足，战斗力强，同他所实行的兵役制度是分不开的。
忽必烈在蒙古地区仍然实施全民皆兵制度，蒙古族人不分贵贱大小，“上马则屯备战斗，下马则屯聚牧养”。
遇有战事，“家有男子十五以上、七十以下，无众寡，尽为军”。十五岁以下少年皆编人“渐丁军”（逐渐长成为丁的军队），体验军队生活，接受军事训练。
因为忽必烈时期兵源充足，事实上仅为二丁签一。
于其他各族中，主要实行军户制，军人单列户籍，父亲退役儿子继承，世代为兵。征兵时主要以民户的财产和劳动力状况为依据，通常多选取中户为签军对象。每产单独出一人应役者叫作独军户。而那些无丁或无力服兵役的农户，则要二三户或四五户合出兵员一名，出兵户为正军户，其他为贴军户，贴军户要资助应征者器杖、鞍马、盘费等。
若应役者在戍所病死。百日之后，该军户要派次丁替补；如果应役者战死沙场，一年以后，该军户派丁替补；都军户贫困潦倒，或者年迈无子，经核实以后削落军籍，但要以别家民户替补。军户种田，可免税粮四顷，叫作“赡军地”。
忽必烈时期的军户都通过奥鲁进行管理。奥鲁，汉译作“老小营”，指征戍军人的家属所在。忽必烈即位开始，沿袭以前制度，官管理军户。奥鲁官的职责，一是从军户中征发丁男充军应役，并及时起征亡故军人的户下子弟承替军役，来替补军队的空缺。二是负责按时为本奥鲁签发的当役军人置备器械、鞍马、盘费等，来保障后勤供应。
三是赡养征戍地军人老小，处理军户问的民事纠纷等。各路奥鲁官府自成一套系统，不受地方府、路、州、县管辖，只受枢密院节制。后因奥鲁官贪污受贿，济贫，剥削贫苦的军户，对中央集权不利。忽必烈改由地方路、府、县长、州官兼领诸军奥鲁，管理军户。但蒙古军与色目军奥鲁还保持单独系统。
大蒙古国时期，销烟四起，为传达紧急军事情报，开始设立驿站。
忽必烈统一全国后，为了“通达边情，布宣号令”，全国各地都使用这一制度，分布区域之广、制度之完整、组织之严密，都是史无前例的。
忽必烈确立的驿站制度，遍布全国，四通八达，东北可以通到黑龙江口的奴儿干地区，北方通到叶尼塞河上游吉利吉思部落，西南通到今西藏地区的乌思藏宣慰使司都元帅府辖境。
具体做法是在大约每隔五六十里和百数十里的驿路上设立一个驿站，每个驿站由若干站户管理，繁忙的驿站多至二三千户，通常是百余户。驿站备有车辆、马匹、船只、床铺和各种饮食等。
忽必烈确立的驿站分陆站与水站两种，陆站主要有马站、牛站、车站、轿站、步站等，使用马、牛、驴、车等交通工具，东北地区还有狗站，用狗拉雪橇奔驰在冰封雪盖的大地上，往来运载使者及各种货物。
水站主要设置在南方沿海地区，以舟船为主要交通工具。
传达紧急军事情报等公事，使者要有圆牌作为乘驿凭证。圆牌也称圆符，专为传递军情等紧急事务而做，由朝廷铸造和掌管。诸王公主附马以及出征守边将帅和地方官府，亦视其地位或需要颁给若干面圆牌，以备随时差遣，但与朝廷颁发圆牌有所区别。朝廷所遣使者佩金字圆牌，诸王公主和地方官府所遣使者佩银字圆牌。开始，圆牌上铸有海东青图像，叫作海青牌或海青符。
到元七年（1270 年），忽必烈重新改换牌面，不用海东青，改铸任用八思巴所创造的蒙古新字，汉字的意思是为“长生天气力里皇帝圣旨：违者治罪”。
若遇有紧急军事情报，使者包头束腰，带上圆牌，乘上快马，腰系小铃，用最快的速度奔向下一个驿站。下一个驿站的站户，听到铃声，马上穿戴整齐，扎好铜铃，备好马，等到使者飞驰而来，马上接过文书与圆牌，再打马飞驰下一站。
路上行人与车辆见到圆牌或听到铃声，必须马上让路。
使者若遇到所乘马匹疲乏或其他障碍时，可以在路上夺取马匹，所有人不得抗拒。如此，使者就能经常得到良马以供奔驰。这样辗转传递，军情战报等紧急公事就能用惊人的速度传到指定地点。
一般公事差遣人员，不持圆牌，主要持“铺马圣旨”，或“札子”作为凭证，各驿站也要供给马匹与饮食等。
同驿站相辅而行的，还有急递铺，每隔三里、十里、十五里和二十五里设置一铺，每铺设五个人，用徒步奔跑的形式传递朝廷及州县的军政机要文书与其他紧急文书。
凡传递台、省、院及边关紧要文书，用木匣来封锁，用黑釉红字书写号码并标明发送承受衙门及入递时刻，随到随送。
一般公文则按所投下处分类装封，每件上面系一牌，用绿釉黄字书写号码。
在传递紧急文书时，铺卒腰系革带，上悬铜铃，加速传到下一辅，下铺的铺卒听到铃声，马上扎好腰带与铜铃，在铺前等候，等到上铺铺卒来到铺前，马上接过文书奔向下一铺，下一铺也是这样。
铺卒经过的地方，车马行人都要让路。夜间要手持火炬，照常奔跑。依照此种方式传递，每昼夜需行程四百里或五百里，紧急文书，一昼夜要行十日之程，“百日路程之文书消息，十日可以递至”。
元世祖忽必烈通过四通八达的驿站，来了解边疆情况，快速传递中央的号令等。
后来，驿站又变为运送货物的重要交通运输线，对促进中央与地方的联系以及经济文化交流等，都起到了很大的作用。
忽必烈完善的这种驿站制度，对当时的波斯、俄罗斯、埃及等西亚、中亚诸国都产生了重要影响，在俄罗斯竟沿袭数百年都没有消失。
忽必烈生于草原上的黄金家族，于鞍马之间，习马练箭，练就一手骑马射箭的好本领。
但忽必烈又不同于一般蒙古人，不但自己能够骑马射箭，更重要的则是能指挥他人骑马射箭。
在忽必烈的一生中，很少有战役亲自指挥，亲自指挥的主要有长途跋涉的云南之役、奇兵进围鄂州之役和亲征阿里不哥、亲征乃颜之役，却取得了胜利，忽必烈都没有打败仗，可以看出忽必烈的战略战术是很高超的。
在战略上，他不仅善于指挥士兵，而且善于指挥大将，具有统筹全局、高屋建瓴、运筹帷幄、决胜千里的雄伟大略。
在多年的征战中与汉族儒士的帮助下，忽必烈逐步悟出了“一天下者，以德不以力”的道理，开始改变以前一味征伐之做法，采取“攻心为上”的战略策略。
他在平大理时，令姚枢“裂帛为旗，书止杀之令。”禁止滥杀。
灭宋战争发起后，要伯颜以宋朝大将曹彬为榜样，不嗜杀掠，做他的“曹彬”。
又优待降将，示之不疑，委以重任，刘整、吕文焕、张弘范等均授以各方面之权。
这些做法目的就是为了笼络和瓦解敌方的军心，以便迅速取胜。他发动灭宋战争，本来是要统一天下，却抓住宋朝羁留使者之事，大做文章，让全天下的人都知道宋朝无故拘留使者，不仁不义，然后他再摆出一幅正义之师的架式，大举进攻，以期收到瓦解对方斗志、鼓舞己方士气的作用。实际上，他的战略目的确实达到了。“攻心为上”的策略，本来是汉人发明的专利，但忽必烈采用汉法以后，却得心应手，完全可以使一些汉人为之汗颜。
在忽必烈的军事思想中，集中兵力、解决主要矛盾的思想亦比较突出。他在即位之初，面对进攻南宋和平定阿里不哥之乱等诸种矛盾，毅然决定暂时停止攻宋，集中兵力对付阿里不哥。
在平定阿里不哥之乱期间，拉拢其他势力，很快取得旭烈兀军等人的支持，并把阿里不哥身边的玉龙答失等人拉到自己身边，使阿里不哥孤立无助。
这种集中兵力对付主要敌人的策略让他受益匪浅。
在对宋战争的问题上也是这样，他在灭亡南宋的条件不成熟的形势下，提出了对宋迂回大包围的战略，亲自率领军队越雪山，过草地，履幽谷，历穷乡，冲破各种艰难险阻，战胜各种饥饿和困惫，最后灭掉了大理，包围了宋朝。
成熟的时候，他又发动了灭宋战争，改变原来主攻鄂州的作战方略，从襄樊突人，不计一城一地之得失，抓住主要矛盾，直攻南宋首都临安，最后，又让忽必烈大获全胜。
在军事统御制度方面，忽必烈鉴于诸王尽专兵民的弊害，加强中央集权，断然罢去世侯、设置牧守，实行军民分职。
在灭宋战争时，他就授予伯颜以方便之权，全权消灭宋朝。后来，重新整顿军队，确立了从中央到地方一套统一的军事领导体制，选拔蒙古精锐，仍为怯薛军，保卫皇帝，由自己指挥。
忽必烈又设立枢密院专理天下兵马之事，挑选天下精锐聚于自身，成立侍卫亲军，归枢密院直辖。枢密院还统管各行省兵马，将军权全部集中于中央。
之所以出现这种军事制度，正是忽必烈认真学习的结果，是忽必烈采用汉法的一个表现。
在部队兵种方面，忽必烈在原来骑兵与步兵的基础上，发展了炮手军与水军，不但中央的军队有炮手军，各路也有炮手军；不仅蒙古军队中有炮手军，汉军及各镇戍军队中也有炮手军，不但陆地作战用炮，而且水上作战也用炮。让蒙元军队从单一的骑兵制发展成为多军兵种的一股强大武装力量。
在作战方法与战略战术方面，改变了原来单一的大包围、大迂回、平原野战与奇袭取胜的方式，一般水陆齐出，先拿大炮轰击，扫清障碍，继而以步骑冲杀，一举获胜。
经过忽必烈的军事改革，只要是重大战役的，再也不是单靠铁骑作战，而是炮、骑、舰诸军联合行动，协同作战。不管是野战、长围、奇袭，还是阵地战、攻坚战，忽必烈的军队都能适应，从而使蒙元的战略战术发生了重大变化，具有十分重要的意义。
后勤供应也是前线作战能否取胜的重要因素之一。忽必烈之前，蒙古军队的后勤供应没有章法，主要靠阵前掳掠。后来规定，“奥鲁”随军，由奥鲁负责军队的后勤供给，也主要是靠缴获敌方的粮草武器等。
忽必烈总结了以前寓兵于农的历史经验，要求军人边耕且战，“屯戍以息兵，务农以足食”，逐步建立起军队屯田制度。不管是中央的侍卫亲军，还是地方上的镇戍军，都要进行屯田，并相继在河南、江西、江浙、四川、湖广、云南等行省境内设置屯田机构。
至元十三年（1876 年），忽必烈和北方诸王战争爆发，忽必烈除了抽调人力物力从事粮饷转运外，又在战区及其附近的陕西、岭北、甘肃、辽阳以及征东行省等地驻地屯田，来供应保障。这种寓兵于农的军事思想也是他认真学习的结果，是历史上的一个进步。
军事将领为执行落实正确战略战术的根本，倘若战略战术制订得再好，没有人去执行与落实，也是一句空话。所以，忽必烈特别重视对将领的笼络与使用。
他不管是哪个民族，有才就任用。在他所任用的军事将领中，既有色目人、蒙古人，也有汉人。
忽必烈对这些将领赏罚分明，凡是立有战功者，都予以奖励，除了赐给土地、物资等物质奖励外，还常常赐号“拔都儿”等，进行精神奖励。
忽必烈就使用这种办法，使得大量军事将领，基本上运用自如，甘心为其效命尽忠，别无二心。
海都是窝阔台嫡孙、合失之子。据说，小时候的海都是在成吉思汗的帐殿（斡耳朵）里长大的。蒙哥汉即位时，海都没有和他人反对蒙哥。在蒙哥汗对窝阔台子孙分割给授本兀鲁思领地的时候，海都曾得到海押立一带的份地。但他对窝阔台系失去汗位始终耿耿于怀，曾经长期拘留蒙哥汗派遣的使者石天麟，不予放还。
蒙哥汗死后，忽必烈与阿里不哥两兄弟因争夺汗位同室操戈。海都看到了重整编旗鼓的机会，于是很快加入阿里不哥阵营，支持阿里不哥攫取汗位，与忽必烈抗衡。
开始，海都的势力并不大，所纠集的部众仅仅二、三千人。而当阿里不哥麾兵击败察合台兀鲁思君主阿鲁忽和窝阔台兀鲁思君主禾忽的时候，窝阔台兀鲁思内部发生变化，海都趁机取代禾忽做了该兀鲁思君主。
阿里不哥兵败南归之后，海都依然不肯臣服，不听从大汗忽必烈的号令。虽然忽必烈对海都非常不错。即汗位之初，忽必烈也曾赏海都白银八百三十三两，文绮五十匹，与只必帖木儿待遇一样。至元二年（1265 年）闰五月，忽必烈又将汴梁路属州蔡州分拨给海都为五户丝食邑。还曾赐给海都若干金银牌符。
忽必烈曾派使者召海都与他的亲族出席忽里台贵族会议。忽必烈让使者传达说：“其他宗王们全都在这里，你们为何迟迟不来？我很想彼此见面，我们一起把所有事情都好好商议，你们将获得各种恩典返回去”。海都连续三年拒绝赴会，托辞为：“我们的牲畜瘦了，等养肥之后，我就遵命前来”。他还利用所部征伐南宋，扩张自己的地盘和军队，继续和忽必烈为敌。
海都看到，窝阔台兀鲁思在阿母河一带的对手是察合台兀鲁思。主要打击对象是忽必烈。
据说，忽必烈即汗位后，曾派一支军队前去阿母河岸控制这一区域的交通线，还派使臣到不花剌城清查户口。察合台兀鲁思的君主阿鲁忽、八剌又因支持大汗忽必烈而获得了东自阿尔泰山、西到阿母的防守权，并允许扩张实力与领土。恰值此时，术赤兀鲁思和察合台兀鲁思为争夺讹打剌等地发生严重冲突。于是，海都果断决定与术赤兀鲁思结成联盟，一起对付察合台兀鲁思和背后的大汗忽必烈。对海都而言，这也是在大汗忽必烈无力西顾与成吉思汗诸子兀鲁思并立西域的复杂形势下，壮大发展自己的最好办法。
1264 年，察合台兀鲁思君主阿鲁忽去世，木八剌沙继任兀鲁思君主。忽必烈又派遣察合台系的另一位宗王八剌回来和木八剌沙共同执掌兀鲁思。八剌凭借长期供职于忽必烈处所取得的信任和自己的权谋，发动兵变，废黜了木八剌沙，自己登上了君主宝座，然后遵照忽必烈汗的旨意，率兵攻打海都。
双方在忽阐河（今锡尔河）畔作战，海都先失利，后获得术赤兀鲁思新君主蒙哥帖木儿所遣别儿哥察儿五万军队的援助，大败八剌，迫使其向西退回阿母河以北的地区。
海都在军事上节节胜利，预感到八剌一定要在河中最富庶的撒麻耳干与不花剌二城大肆搜刮，筹集军资。而这二城的居民当时分属于术赤系与拖雷系，察合台系与窝阔台系都没有领属民份额。为让八剌造成强行独霸河中撒麻耳干和不花剌二城利益的事实，海都积极倡导同八剌议和。他的意见得到术赤系宗王和窝阔
台后王钦察等人的支持。钦察还自报奋勇，去说服八剌。
八剌鉴于自己的领地势力范围狭小与兵败后的不利形势，果然接受海都的意见，而将忽必烈汗命令他与海都对抗的旨意完全抛在脑后。
1269 年春，海都、八剌与术赤兀鲁思君主蒙哥帖木儿的代表别儿哥察儿三方在塔剌思草原举行了八天聚会。这便是有名的塔剌思会议。
这次聚会议定：三方的军队远离阿母河以北的农耕区，移至草原或山区；三方分享阿母河以北地区（河中地区）的赋税，八剌可享有三分之二，海都与蒙哥帖木儿享有其余三分之一；三方都约定再也不发生战争。
塔剌思会议是一次没有大汗忽必烈参加与同意的西北诸王瓜分河中的行动，重新划分了海都、八剌与蒙哥帖木儿三方在中亚的势力范围，或否定了大汗在该地区的实际权威与利益。这次会议意味着蒙古帝国事实上分裂为若干相对独立的小汗国，而忽必烈汗则开始被他们视作黄金家族的总代表和名义上的盟主。
可以说，海都应是这次会议的最大赢家，他不仅成功地把和术赤后王的联盟扩大到察合台系，而且让与会三方诸王一致将矛头对准了拖雷系及忽必烈。这样，海都在西北诸王与忽必烈对抗阵营中确立了领袖地位，为今后海都成为河中、突厥斯坦的霸主，成为忽必烈大汗最有力的挑战者铺平了道路。
针对这种情况，忽必烈说：“朕以宗室之情，惟当怀之以德，其选谨足任大事者往使焉”。经过朝臣举荐与忽必烈亲自召见挑选，选定术赤位下王府宿卫铁连为大汗使者，多次派遣铁连出使术赤兀鲁思君主蒙哥帖木儿处，传达忽必烈的谕旨，想得到他的帮助。但是效果并不显著。蒙哥帖木儿虽作过“祖宗有训，叛者人得诛之。如通好不从，举师以行天罚，我即外应掩袭，剿绝不难矣”这样的承诺，但只是表面上顺从的搪塞之辞，并没有真正反对海都之意。海都“兵繁而锐”与忽必烈汗在阿母河一带失控的局面，一直都没有改变。
大约在塔剌思会议之后，海都等西北藩王曾遣使者质问忽必烈：“本朝旧俗与汉法异，今留汉地，建都邑城郭，遵用汉法，仪文制度，其故何如？”忽必烈也曾选派西夏人高智耀给以“报聘”答复，但很不理想，高智耀临行前突然病逝于上都，“报聘”之行未果。述质问，更加显示出海都为代表的西北藩王和忽必烈在政治法度上的分道扬镳。
海都和元朝方面的军事冲突，是从至元五年（1268 年）开始的。那时候，
海都率兵自阿力麻里东攻依附于蒙哥之子玉龙答失的纳邻部，忽必烈便派遣皇子北平王那木罕带领左右翼诸王征伐，击退了海都军队。海都所部远遁二千多里。
到元八年（1271 年），北平王那木罕所率大军占据阿力麻里，并在那里设立了对付海都的前线统帅部。
为了加强元军在这一地区的军事实力，忽必烈慢慢向驻在阿为麻里的那木罕处运送军马等给养。至元十二年（1275 年）春，又下令中书省右丞相安童以枢密院事、行中书省，帮助那木罕总兵治理阿力麻里。
那木罕是忽必烈嫡幼子，察必皇后所出，地位较高，很受忽必烈器重。在至元三年（1266 年）六月，那木罕已受封北平王，赐第二等金印螭纽。就印章等级而言，那木罕仅次于其兄长燕王真金，而和另一位兄长安西王忙哥剌（忙哥剌当时未封秦王）平起平坐。
按照蒙古幼子守灶习惯，那木罕的出镇地被安排在漠北，负责“统领太祖四大斡耳朵及军马、达达国土”，所肩负的出镇总兵使命是诸皇子中最重要的。相应地，至元初年那木罕屡屡受赐的白银、马匹、牛、羊等，也动辄巨万，为数甚多。忽必烈甚至一度想立那木罕为皇位继承人。足见那木罕在忽必烈皇子中的显赫地位。
那时候，那木罕所率领的军队包含了左右翼诸王与众多蒙古那颜，蒙哥汗之子昔里吉、蒙哥汗之孙撒里蛮、阿里不哥之子玉木忽儿和明里帖木儿、岁哥都（拖雷庶子）之子脱黑帖木儿、拔掉（拖雷庶子）之孙牙忽都、斡赤斤之孙察剌忽、阔列坚之孙兀鲁台等，蒙古那颜犹用安童为长。那木罕及其兄弟阔阔出所管理的忽必烈家族属民则组成中军。这些“诸王蕃卫之兵”，有非常巨大的阵容，兵员非常充足，军事实力较海都方面占绝对优势。
在大军西征之前，忽必烈先派术赤投下官、平阳马步站达鲁花赤铁连使于海都。后又派必阉赤长、宗正府札鲁忽赤昔班到海都处传达忽必烈的谕旨，命海都罢兵而设置驿站准备朝觐。海都看到元军来势汹汹，难以反抗，只得口头答应退军置驿。
《元史》等史料也留有至元十一年（1274 年）间，元朝方面在斡端、鸭儿看、沙州北一线设置十五个驿站的记录。
安童丞相的军队已先行袭击窝阔台后裔禾忽所部军，尽获其辎重。海都欲西
逃以避元军，临行之前，他对昔班说：杀死你其实很容易，念我父曾受书于你，姑且放你回去，以安童袭击事奏闻忽必烈汗，不是我的错。昔班回京后如实奏闻，忽必烈称赞昔班所奏的真实性。
次年，昔班再次奉使海都，宣谕海都臣服入觐，且有：“苟不从我，尔能敌诸王蕃卫之兵乎”等语。海都此时已通过支持八剌之子笃哇为君主，基本控制了察合台兀鲁思，具有强大的势力。但慑于元朝方面大兵压境，只好用昔里吉等合谋兵变“畏死不敢”等辞敷衍。
令人难以想到的是，因为安童分配给养不均与拖雷系宗王内部纠纷，居然在阿力麻里前线发生了昔里吉叛乱。
到元十二年（1275 年）夏，在一次河滨度夏的行猎中，岁哥都之子脱黑帖木儿与蒙哥汗之子昔里吉相遇。他们密谋商议：忽必烈汗让我们深受痛苦，我们把那木罕与安童抓起来交给敌人吧！脱黑帖木儿还同意事成之后拥戴昔里吉为大汗。他们还派人诱胁拨绰之孙牙忽都，尚未成功。
第二年，军将八鲁浑等率兵逃跑，牙忽都奉那木罕之命阻拦。昔里吉和脱黑帖木儿趁势在一天夜里突然发动兵变，拘捕元军的统帅那木罕和他的兄弟阔阔出，送至术赤兀鲁思君主蒙哥帖木儿那里。又拘捕安童丞相，送到海都处。
他们遣使对蒙哥帖木儿与海都说：“你们有大德于我们（按，海都等在阿里不哥与忽必烈争夺汗位时支持前者），我们没有忘记，现将企图攻打你们的忽必烈大罕的宗王和异密们送交给你们；咱们不要互相算计，要联合起来打退敌人”。
忙哥帖木儿和海都的答复是：“我们很感谢你们，我们正希望你们这样做，请留驻于原地，因为那里水草很好”。这便是有名的昔里吉叛乱。
这次叛乱，来得非常迅猛，一下子使忽必烈在阿力麻里前线进攻海都的“诸王蕃卫之兵”土崩瓦解，“一军皆没”。并且，多数蒙古诸王和士兵在昔里吉与脱黑帖木儿的率领下，归向叛军。
因为昔里吉、脱黑帖木儿等反叛者人多势众，情形紧急，他们与蒙哥帖木儿、海都的利益也未必完全相同，因此，海都只接纳了被俘的安童，且授予官职。他没有把昔里吉等收拢过来，合兵一处，而是和其建立起一个反对忽必烈的政治与军事联盟。
海都等让昔里吉叛军“留驻于原地”的策略也是非常狡诈的。这就等于让昔
里吉叛军充当反对忽必烈政权的先锋。而海都则可以退居二线，乘机巩固在中亚的地盘和势力，还可以坐观拖雷后裔自相残杀，两败俱伤，以收渔人之利。后来的事态发展证明：海都的策略是成功的。就结果而言，大部分都如愿以偿。
昔里吉和脱黑帖木儿反叛之后，大肆散布他们已与海都、忙哥帖木儿结盟并合兵攻打元朝军队的舆论，来壮大自己的声势。
至元十四年（1277 年），他们率兵东来，袭击乞儿吉思地区，元军方面的万户伯八战死于谦州。事过不久，昔里吉叛军逼近和林，掠取祖宗大耳朵，震动漠北。
更严重的是，弘吉剌部只儿瓦台举兵响应。只儿瓦台是弘吉剌部驸马、万户斡罗陈之弟，他的反叛不仅裹胁并杀害兄长斡罗陈，还一度围攻弘吉剌部夏营地应昌府，忽必烈之女囊加真公主也被围困。
应昌处于上都和漠北之间的帖里干驿道上，距上都约二百里，是上都的北边门户和漠南、漠北间的军需转运站。只儿瓦台在应昌策应叛乱，对元廷统治中心上都和大都无疑构成了严重的军事政治威胁。
二月，忽必烈命令中书省右丞别乞里迷失率领蒙古军、汉军等迅速北上援救，全力打击这支来自忽必烈麾下蒙古军团内部的叛变。诸王彻彻都、兀鲁兀部脱欢、忙兀部博罗欢、札剌亦儿部脱欢、钦察人土土哈和苫彻拔都儿、阿速千户玉哇失及伯答儿、中卫亲军总管移刺元臣、高丽人洪茶丘等都率兵参加了平定只儿瓦台的军事行动。可以看出，只儿瓦台与昔里吉的里应外合，对元朝廷威胁甚大，忽必烈为之非常痛恨，几乎是倾全力迅速平息。
事后，忽必烈下令：“赏瓮吉剌所部力战军，人五十两，死事者人百两，给其家”。这次受封的人，人均白银很多，表明忽必烈很重视只儿瓦台叛乱中弘吉剌部众的背向，因此，给予忠于元廷的弘吉剌部众特殊的眷顾和酬答。
此后三、四年，应囊加真公主的要求，忽必烈下令后卫侍卫亲军副指挥使移剌元臣率所部长时间镇守应昌城，以备不虞。
忽必烈又把平宋主帅伯颜紧急调往漠北，率大军在斡耳寒河、秃兀河一带击败脱黑帖木儿、玉木忽儿的军队，昔里吉等率众逃往西边。元军追还了被掠的祖宗大斡耳朵与那木罕所部属民。在元军将领别乞里迷失等大力攻势下，昔里吉与脱黑帖木儿于至元十五年（1278 年）初率军逃往也儿的失河，袭击了那里的八
邻部属地。
忽必烈觉察，在征讨叛王时蒙古军因亲族关系常常对作战不利，于是，他一方面较多投入土土哈等钦察兵员，一方面故意命令汉军都元帅刘国杰和左卫亲军都指挥使贾忙古歹，率领左、中、右三卫侍卫亲军精兵万人戍守漠北，临出发前，忽必烈嘱咐刘国杰说：“征者不力，以其族属怀顾望尔。卿号陈力，朕视卿如子，当如朕躬行”。且赐给刘国杰“山南安知山北事，不用命者，先斩后奏”的诏谕。
同年十月，刘国杰等所率军队在和林之南的亦都山建起了一座名日“宣威军”的城堡，来做防守之用。随着大批汉军及色目军调来戍守，元朝方面再次掌控大局。
到元十六年（1279 年）和十七年（1280 年），昔里吉、脱黑帖木儿等连续两次率兵东来侵扰杭海山与和林一带。
元军将领别乞里迷失及刘国杰在谦州和按台山以西追击叛王军队，打败了对方。刘国杰甚至率军逼近也儿的石河，袭击叛军营地，给昔里吉以致命打击，而后，脱黑帖、昔里吉木儿发生内讧。
脱黑帖木儿在谦州附近战败，辎重被元军所掠。脱黑帖木儿向昔里吉求援，企图夺回辎重，却没有得到回应。脱黑帖木儿对昔里吉非常怨恨，便怂恿蒙哥汗之孙撒里蛮自立为新汗，并一度迫使昔里吉表示臣服。
阿里不哥长子玉木忽儿拒不承认撒里蛮的汗位，率军与脱黑帖木儿对阵。脱黑帖木儿所部阵前倒戈，脱黑帖木儿本人最终被昔里吉和玉木忽儿杀掉。
于是，昔里吉汗位恢复。撒里蛮的军队被夺去，本人也要被押解到术赤后王火你赤处。幸而有其余部落解救，撒里蛮重整人马，一度击败昔里吉和玉木忽儿。
频繁的内讧，削弱了拖雷系叛王的势力，除了阿里不哥之子明里帖木儿投奔海都外，昔里吉和撒里蛮都很穷困，先后于至元十九年（1282 年）左右南下归附了忽必烈汗。撒里蛮受到忽必烈的厚待，获赐军队与牧地。昔里吉则被谪居在一座南方的小岛上。
昔里吉叛乱同阿里不哥之乱有所差异，后者是蒙哥汗去世的情况下两名皇弟围绕汗位的角逐，而且又是以忽必烈胜利并完全控制漠北蒙古腹地告终的。昔里吉叛乱则发生在忽必烈担任大汗十六年之后，叛乱中昔里吉和撒里蛮先后称汗，且同蒙哥帖木儿、海都主动勾结，贸然挑战，所以在全体蒙古人中消极影响更重。
此次爆乱发在皇子北平王那木罕及丞相安童为首的元军阿力麻里前线大本
营，而且把他们所统率的“诸王蕃卫之兵”都化为灰烬。其结果不仅令元朝方面对海都的西线军事攻势毁于一旦，而且让岭北蒙古腹地陷入了历时六年的叛王侵扰洗劫的灾难，搅乱了忽必烈汗对漠北的直接控制，漠北蒙古诸大汗户陷入一片混乱。
这次叛乱的确让海都实现了夙愿。昔里吉等拖雷系宗王扮演了进攻忽必烈政权和祸乱蒙古腹地的先锋，消耗了忽必烈和拖雷系其他宗王的大量军事力量。对取得平定南宋战争胜利的忽必烈，造成了很大的打击。这次叛乱结束后，昔里吉和撒里蛮虽然先后南下归附，但阿里不哥幼子明里帖木儿率领众多原属拖雷家族的蒙古军队稳定地投靠于海都麾下，加强了叛变势力。
很多年后，被海都与术赤后王拘留的北平王那木罕、阔阔出及安童，相继遣送回元廷。噩梦般的昔里吉叛乱总算结束。但它给忽必烈带来的伤害是难以抚平的。
这中间有段故事：安童被拘留于叛王海都那里的时候，曾接受海都委任的官职。安童返回元廷，有人向忽必烈报告。忽必烈大为震怒。幸而护送那木罕、安童东归的石天麟以“海都实亲王，非敌也”等语，帮他说好话，忽必烈才慢慢平息了怒火。
昔里吉叛乱结束后，仅能算是北边蒙古叛乱暂时告一段落，更大规模的叛乱还在后面。难怪忽必烈对此次叛乱的始作俑者昔里吉耿耿于怀。昔里吉南下归降后，忽必烈一直拒绝他，听任这位皇侄死在谪居的南方海岛。
昔里吉之乱之后，元廷方面失去了主动攻势。
上面所讲铁连奉使归来曾向忽必烈献计：“海都兵繁而锐，不宜速战，来则坚垒待之，去则勿追，则无虞矣，自守既固”。忽必烈也这么认为。还特意发布敕令：将海都赐给铁连的皮服，全部用金子装饰好，以为朝会之礼服。
忽必烈朝中叶以后对海都的方针，大多是依铁连的意见，以防御为主。这与其说是忽必烈从谏如流，还不如说是被迫逼。当时海都实力转强且争雄漠北的形势不得已的策略。此外，皇子那木罕被释放南归后，其北平王号也改成北安王。
由“平”到“安”字之改，也能透露忽必烈在漠北“攻”、“防”策略的转换变动。
至元二十四年（1287 年）东道诸王乃颜反叛的时候，曾和海都联络，双方约定东、西夹攻元朝军。次年六月，海都派大将暗伯、著暖越按台山，进犯叶里
干脑儿（今蒙古西部艾里克湖），被元朝方面的管军元帅阿里带败退至元二十六年（1289 年）海都纠集玉木忽儿和明里帖木儿大举进犯漠北，先攻占西部的吉儿吉思，又攻到杭海岭与和林一带，皇孙甘麻剌率兵迎击，遭围困，幸得土土哈相助。北安王那木罕下令和林军民弃城南撤，宣慰使怯伯等临阵降敌。由于形势危急，七月，忽必烈率军亲征，收复了和林。关于元军和海都在和林一带的激烈战斗，马可波罗说：
“海都大王征集大军，兵马无数。他知道在哈喇和林地方有大可汗的儿子那木罕和长老约翰的儿子佐治……海都大王既征集他所有的兵力以后，率领他的全军，离开他的国，出发打仗。他们骑着马前行，很久很久……于是一直走到哈喇和林，那两位大臣带着大军进驻之处。那两位大臣，大可汗的儿子与长老约翰的儿子的儿子，听到海都带领大军来到他们的国里，预备与他们开战，他们并不惊异。更加体现他们的英猛，他们谨慎预备。他们和他们的军士合起来共有六万多人。准备完毕，出发前进去抵抗敌人……他们骑马前进，一直到离海都尚有十迈耳路程的地方，把营垒驻扎得又好又妥当。应该明白，海都大王带着他的大队人马，也驻扎在这同一个平原上面。两面皆休息，尽力地为未来的战事预备……大可汗的儿子与长老约翰的儿子的儿子到后第三天清早时候，双方都带上武器。尽力预备好。越好越妙。似乎两者在力量方面不相上下。因为双方各有六万人，皆备足武器如弓、箭、刀、锤、盾牌、矛等。每方分作六队，每队有一万马兵，统带官都很优秀。两方都在战场排好阵伍，预备好了。只等待罐鼓声……瓘鼓声一起，他们就不再耽搁，马上前进攻打敌人。取弓张弩，互相厮杀，空中飞箭如流星。许多人马皆受伤倒毙。两边喊叫呼号的声音很高，就是天上打雷也听不到了……只要他们有箭，尚且有能战斗的人，不停地放射……所有的箭皆放射以后，他们把那些弓藏在筒里，拿起他们的刀和锤矛互相砍杀。他们用这些刀锤起始用重力打击，开始了恐怖的凶杀。有的用尽全身的气力去砍杀，有的受到这重砍，手与臂被砍落了。很多人倒地而死……海都大王做事实在十分勇敢。假如没有他在场，他的军队不只一次要从战场逃走，被打败了。但他出战如此勇敢，想办法抚慰他的兵士，使他们振奋，勇武拒敌。在那一方面，大可汗的儿子与长老约翰的孙子，也非常勇敢。在这徒手搏战当中，他们展现了他们的勇武……夕阳西下，地下数不清死了多少人。到那时不得已，仗事只得停止。他们离开战场，各方都
回到自己的帐幕里，所有人都很疲倦……第二天早晨，海都大王接到警报，大可汗另派一支大军，内有无数兵士，来攻打他和逮捕他。他自己说道，这对我们不好，不可再战了。天一亮，他穿上甲胄，率领所有他的兵士，跨上马身，出发回到自己国中去了。大可汗的儿子与长老约翰的孙子看见海都大王与所有他的兵卒都已离开，他们不去追他们，因为都很疲倦……”
马可波罗所说“长老约翰的孙子”佐治，实际是信仰聂斯脱里教的汪古部驸马阔里吉思。这个时候，阔里吉思刚好在漠北作战。汉文史书《枢密句容武毅王事略》等处亦云杭海岭之役中元军稍却，皇孙甘麻剌被围，土土哈鏖战掩护有功，甚至受到海都的赞美。亲赴北边的忽必烈特意召见土土哈抚慰道：“昔太祖和其臣之同患难者饮班朱尼河水以记功，今日之事何愧昔人，卿其勉之”。可想得知，马可波罗描述有很大的真实性，可以与汉文史书记述互相补充。
因为海都越来越频繁的进犯与侵扰，损害了忽必烈对漠北的统治秩序与部众的正常生活。对此，忽必烈非常生气。忽必烈说：如果海都不是他的侄子，那就可以毫无顾忌把他处于极刑了事，当忽必烈得悉安童曾经接受海都的官爵时，勃然大怒，后经石天麟以宗亲并非仇敌等语劝说，才算没加以追究。
海都的侵犯，好像变成忽必烈晚年的难以了却的心腹之患。因此，忽必烈逐步完善了漠北的军事防御体制。
他的内容主要是皇太子抚军，那木罕与甘麻剌、铁穆耳二皇孙的总兵，枢密院遣官和和林宣慰司的设置等，试图从宗王总兵与重臣辅佐相结合，汉军、色目军团的较多屯戍，称海、和林东西二镇戍区互为犄角之势等层面，实施对海都等西北叛王有效而长期的军事防御。
至元十八年（1281 年），忽必烈命令皇太子真金赴漠北巡视军事，且让枢密院同知伯颜从行。这次皇太子巡视，依汉地礼制特称“抚军”，从二月到十月，历经八个月的时间，并非长期总兵。但因为北平王那木罕被拘于蒙哥帖木儿处，真金此行也寓有代表忽必烈汗出镇漠北蒙古腹地的意义。
皇太子“抚军”，只比忽必烈差点，在北平王拘留叛王处的情况下，此举充分表现了大汗对漠北军事防御的特别重视。
这次巡视或“抚军”，恰在至元十八年二月，真金生母察必皇后病逝后不久。
忽必烈之所以让真金此时离京师赴漠北，也是迫不得已。临行，忽必烈特意嘱咐
真金：“伯颜才兼将相，故俾从汝，忠于所事，不可以常人遇之”。真金恪守父亲的旨意，每与伯颜议事，尊礼有加。忽必烈明白：真金的军事才能有一定的局限性，“抚军”只是一个象征性事物。他的巡视或“抚军”，伯颜功不可没。
至元二十一年（1284 年），那木罕被释放回朝，改封北安王，驻在和林北的帖木儿河，依然负责总领漠北军事。又增设北安王傅，掌管军需和本位下诸事，当时皇子阔阔出、也不干及牙忽都等，东道诸王胜纳合儿，都归北安统治。
至元二十三年（1286 年）忽必烈又派遣皇长孙甘麻剌同北安王镇北边。说明子宗三代大汗总领漠北的恢复。
至元二十九年（1292 年）那木罕逝世，忽必烈把时已封梁王镇云南的甘麻剌调回漠北，改封晋王，“统领太祖四大斡耳朵及军马、达达国土”。
第二年六月，甘麻剌之弟铁穆耳受皇太子宝，“抚军于北边”。于是，漠北开始有了二皇孙同镇。
这个时候的甘麻剌、铁穆耳兄弟同镇，在战区与职司上是有所侧重或分工的。
一方面，甘麻剌、铁穆耳大体以杭海岭为界，分别负责和林、称海东西两战区的军事活动。另一方面，铁穆耳、甘麻剌又有守土与总兵的侧重。铁穆耳侧重是统率“屯列”于称海一带的防御海都的大军，甘麻剌则重在“镇护”四大斡耳朵与漠北蒙古诸部。此种二宗王同镇的局面，一直被沿用到元中笃哇叛、叶海都叛乱后。它既可让两个防区互相照应和牵制，防止一军战败造成全线溃退，还能利用诸王之间的矛盾，尽可能避免以往宗王军团阵前倒戈等现象。由此看出，忽必烈晚年对漠北军事防御的部署更加老练了。
枢密院遣官，可以上溯到至元十二年（1275 年）春右丞相安童以枢密院事、行中书省辅佐北平王镇北边。
至元十四年（1277 年）昔里吉等率兵侵犯漠北，同知枢密院事伯颜首先受忽必烈派遣，带领部队抵抗。伯颜还京后，别乞里迷失继为同知枢密院事，主持军务，还叫作行枢密院。
到元二十六年（1289 年）二月，海都大举进犯，忽必烈命伯颜为知枢密院事，镇和林，统率漠北诸军。历史上叫作和林置知院，起于伯颜。
到元二十九年（1292 年），御史大夫玉昔帖木儿又代伯颜为知院以统北兵。
迄世祖朝末，枢密院所遣官一直是漠北最高军事官员。伯颜与玉昔帖木儿皆
为忽必烈时期的有名将领，伯颜是平南宋最高统帅，玉昔帖木儿在平定乃颜之乱中立下了汗马功劳。两人在以知枢密院事总领北军的时候，对所在军队的实际指挥权还要多于甘麻剌兄弟。阎复《玉昔帖木儿勋德碑》：“宗藩帅钺，一切秉命于公”，一语道破。这既有汉军、色目军队数量上超过诸王军队的背景，也是忽必烈看重伯颜与玉昔帖木儿的军事才能而加以重用的原因。
有的廷臣埋怨伯颜对海都守御为主而功劳不显，其实是片面的说法。阿撒忽秃岭战役中，“伯颜先登陷阵，诸军望风争奋”，打败明里铁木儿叛军，自不待言。
就算是后来同海都交兵，接连七日且战且退，也是在避其锋芒与诱敌深入。最后大获全胜，杀虏几绝，惟海都脱走，也就是说他的指挥是很不错的。南归之前，伯颜所言：严纪律，戒酒色，冬夏营驻，恩德不可偏废，循旧为便等，也是皇孙铁穆耳采用的好方法。
忽必烈在皇子宗王出镇总兵的同时，又任用有杰出军事才能的枢密院官具体掌管军务。这也是忽必烈后期漠北对海都的军事防御慢慢摆脱被动的原因之一。
林宣慰司最早在至元二十年（1283 年），任该司官员的有答木丁（可能是宣慰使）、宣慰副使刘哈剌八都鲁。三年之后，刘哈剌八都鲁升同知，第二年升宣慰使。至元二十五年（1287 年）又和怯伯同为宣慰使。
这个时候的和林宣慰司，主要负责漠北的军屯、钱谷出纳与军需供给，也兼管所在民户。
忽必烈对和林宣慰司官员的选用非常重视。当尚书省拟妾怯伯为宣慰使之时，忽必烈谕旨：“钱谷非怯伯所知，哈剌斡脱赤（刘哈剌八都鲁初赐名）可使也”。事隔没有多久，怯伯在海都进攻和林时叛变投敌。忽必烈获知，深有感慨地说：“譬诸畜犬，得美食而忘其主，怯伯是也。虽未得食而不忘其主，此人（刘哈剌八都鲁）是也”。可以看出，忽必烈识别忠奸良莠的能力是很绝的。
和林宣慰司是元廷在漠北设置的第一所以掌管财赋军需为主的汉地式官府，有很强的防御作用。
到元二十四年（1287 年），正当忽必烈对海都侵扰烦恼时，又爆发了东道诸王乃颜为首的大叛乱，从而使忽必烈在黄金家族与蒙古诸部的统治地位又面临着新的严峻挑战。
乃颜是成吉思汗幼弟铁木哥斡赤斤的后裔，塔察儿国王的孙子。成吉思汗建
国后，曾将怯绿连河以东至哈剌温山（大兴安岭）的蒙古东部封授给四个兄弟：
哈赤温、哈撒儿（本人早逝，事实受封是肝按只台）、别里古台、铁木哥斡赤斤。
其中幼弟铁木哥斡赤斤受封千户最多，长久充当东道诸王之长。
在忽必烈母弟阿里不哥争夺汗位时，塔察儿等东道四藩王都是忽必烈政权的强有力支持者。忽必烈朝前期，东道诸王很受欢迎，在各类封国、赏赐及食邑内权力等一些方面，均享受很多好处。
然而，随着忽必烈模仿汉法加强中央集权的同时，他与东道诸王的矛盾也日渐增强。
至元十一年（1274 年）春，忽必烈下令原中书省平章廉希宪和头辇哥国王一并行省于辽东。
走之前，忽必烈嘱咐廉希宪：“辽东户不数万，政以诸王国婿分地所在，居者行者，联络旁午，明者见往知来，察微烛著，塔察儿诸王，素知卿能，命卿往者，识朕此意”。忽必烈说得很明确，就是让宰臣廉希宪代表朝廷镇抚监视东道诸王。
当塔察儿大王使者到来，头辇哥国王站立以听令旨时，廉希宪竟敢以“大臣无为王起者”为由，安坐如故。很明显带有忽必烈的意识。
至元二十年（1283 年）前后，元廷和东道诸王争夺辽东地区控制权的斗争更加强烈。忽必烈曾担心当地的宣慰司秩卑望轻，一度把宣慰司升格为东京等处行中书省。
至元二十二年（1285 年）元廷筹备再征伐日本，强行征发辽东女真故地的百姓及诸投下民建造船只，忽必烈还特别降旨征胜纳合儿、调乃颜等部鹰房、采金户充役。进一步强化了冲突。
叛乱发生之前，忽必烈已经接到辽东道宣慰使塔出等有关铁木哥斡赤斤后裔乃颜谋叛的密报，作事前的准备。不久以后，废罢宣慰司，改立辽阳行省，命令原宣慰使亦力撒合任行省参政，负责为征讨大军运送军粮。
至元二十四年（1287 年）二月，乃颜遣使者向漠北节制军马的宗王里铁木儿征调东道兵，忽必烈宣谕阁里铁木儿不得任意拨给。同月，忽必烈又派刚刚从西北前线回京的枢密院同知伯颜赴乃颜处探听虚实。伯颜携带了许多衣裘进入乃颜境内，沿途频频赠给驿站管理人员。到达后，乃颜设宴款待。席间，伯颜阐明
大义，乃颜假装同意，图谋拘捕他。伯颜觉察，乘酒酣和随从分三路逃出，驿站管理人员因为得到衣裘赠与，争先提供健壮的驿马。伯颜顺利摆脱追骑，逃离以后，驰还京师，向忽必烈说明了实情。
至元二十四年四月乃颜公开造反，宣布不再做大汗的臣属，并且遣同北叛王海都联络，双方约定从东、西两方面夹攻忽必烈，来争取更多的利益。伙同乃颜叛乱的有：哈撒儿后王势都儿、哈赤温后王胜纳合儿、火鲁哈孙、合丹等。因为叛王乃颜距离和林及上都较近，又来自原先支持者阵营，忽必烈闻讯后，非常关注，马上采取一些紧急措施。
在辽东方面，忽必烈先下令转运粮食赈济女真、水达达部饥荒，减免二部是年赋税，防止其卷入乃颜叛乱。又派使者传旨谕北京等处宣慰司：禁止同乃颜所部来往。同时命令辽东道宣慰使塔出率领当地军兵一万，同皇子爱牙赤共同抗敌。
在漠北方面，忽必烈派遣近侍阿沙不花说服诸王纳牙勿与乃颜连兵反叛，瓦解叛王的暗中勾结。又加速命令北安王那木罕为首的漠北戍军抽调兵马，部署在乃颜与海都之间的要塞关口上，让两方失去联系。当时，胜纳合儿随从北安王戍守漠北部。枢密副使、钦察军将土土哈说服主将朵儿朵海，拒绝出席宴请，又截取了乃颜通谋胜纳合儿的秘使，上报朝廷。忽必烈立刻命令胜纳合儿自西道入朝。
阔列坚后王也不干举兵东去，同乃颜反叛应和。北安王那木罕命土土哈等率兵急行军七昼夜，渡土剌河，在孛怯岭将也不干击败。
这就粉碎了乃颜企图以漠北部分诸王做内应，同海都东、西配合，攻打蒙古根本之地的战略计划。
忽必烈不顾年老力衰和关节疼痛，毅然决定亲征乃颜。他甚至发誓说：“如果他不能得胜而去处死那两个不忠的叛逆，就再也不回到他的领土了”。
忽必烈用了二十二天的时间快速调集了上都、大都附近的大批军队（马可波罗说，数量达四十六万），亲自率领。而且都是秘密进行，除了“御前会议”人员之外，竟没有人知道调集兵马的工作。这些军队包括：五投下蒙古军团与汉军诸卫军等。
忽必烈所调集的首先是兀鲁兀、忙兀、弘吉剌、札剌儿、亦乞列思五投下军团。
忙兀部博罗欢主动向忽必烈请求东征，忽必烈赏他介胄弓矢鞍勒，让他率领
“五诸侯兵以行”。这里的“五诸侯兵”，也就是五投下军团。除忙兀部军之外，弘吉剌部万户帖木儿率所部脱怜千户；不只儿等征乃颜多次获胜，兀鲁兀部的庆童带病随军征战，亦乞列思部脱别台、札剌儿部硕德、忽怜等也在出征的名列当中。
依照博罗欢的说法，五投下的领地和民户，略多于乃颜等东道诸王，“惟征五诸侯兵”，足可以对付乃颜。话虽然有些过分，但五投下军团充当征乃颜的主力之一，是实实在在的。
第二年三月，兀鲁兀、亦乞列思、札刺亦儿等部探马赤军又下令自懿州东征。
此探马赤军是由上述五投下所抽调兵士混编的军团，很明显五投下军互相有着密切的联系。
其次是诸卫汉军及怯薛军团。元初，汉军组成的侍卫亲军主要是右、左、中三卫，到元十六年（1279 年），又选平宋汉军精锐等增置前、后二卫，一起叫作五卫侍卫亲军。
启程征乃颜之前，忽必烈对蒙古将校同叛军阵前立马相向对话，往往释兵仗不战，逡巡退却等状况，非常焦虑。于是，他接受南入官僚叶李及伯颜的提议，命董士选与李庭统率“诸卫汉军，从帝亲征”。
此“诸卫汉军”，有的场合又叫作“汉人诸军”。当时在上都与大都附近驻戍的“汉人诸军”，大抵是五卫侍卫亲军。因此，“诸卫汉军”与“汉人诸军”，其实是一样的。包括前卫在内的五卫侍卫亲军，估计都抽调精锐参与了从征乃颜。
这也正符合侍卫亲军“掌宿卫扈从……国有大事，则调度之”的职责。
诚然，此时的“诸卫汉军”及将领并一定都是汉人，阿速人玉哇失就以前卫亲军都指挥使率所部阿速军充当征乃颜的先锋。
怯薛宿卫士扈从忽必烈亲征的不很少见。木华黎后裔脱以“直宿卫”，率家奴数十人从征；阿沙不花以千率昔宝赤之众从行到。元二十四年（1287 年）七月十六日，忽必烈车驾抵达合刺合之际所颁的圣旨，依然写有“安童怯薛第一日”
的字样。表明四怯薛是按照旧例扈从忽必烈亲征乃颜的。
除了这个，哈撒儿后裔八不沙及按只吉台后裔也只里等个别东道宗王，站在忽必烈政权一边。八不沙所部军队还在王府司马孛兰奚率领下跟随忽必烈亲征。
孛兰奚本人“跃马陷阵，斩其旗，所向披靡”，深得忽必烈的喜欢。
出发前，忽必烈曾让岳铉靳、德进等占星术士替他“揆度日时，占候风云”，预卜此战的胜负吉凶，得到吉利预言后，才发兵。同乃祖成吉思汗一样，忽必烈对占星家很迷信。元初，刘秉忠能得到认可，很大程度上是因为他占卜、推步等方面的技能。岳铉就是刘秉忠推荐给忽必烈的。忽必烈让占星家预卜征乃颜战争胜负，完全符合忽必烈的口味。
为了给元军运军粮，忽必烈曾命令运粮万户罗璧从海道向辽阳运送粮食。运粮舟船经渤海，入锦州小凌河，到达广宁十寨，为军粮提供了保障。
五月十二日忽必烈从上都出发，中途经过应昌，麾师东北方向的乃颜领地。
御史大夫玉昔帖木儿奉命总领蒙古军先行。六月三日至撒儿都鲁，同叛军大战，又进军哈剌河，十三日攻占乃颜中心失剌斡耳朵。
关于忽必烈与同颜军队的激战，《马可波罗遊记》作了大量描述：
大可汗率领全队人马前进，二十天后到达一个平原，乃颜和他的四十万骑军已经在那里驻扎了……大可汗在四个象背上所负的小楼中，站在小山上，左右围以弓弩手。旌旗飘扬，旗上有日月形象，高插空中，四处可见。这四只象都盖以极厚的熟牛皮，牛皮上面又盖着丝与金制的布。他的军队排列成三十队。每一队有一万人，全都带着弓箭。大可汗分自己的兵力为三组，两翼展开很长……在每队前面。有五百带弓与短矛的步兵……每当骑兵冲锋时，那步兵就跳到靠他最近的马的臀上，坐在骑兵的后面，两人共同前进。当马不走时，他们跳下马来，用他们的长矛去刺杀敌人的马……大汗这样排列他的人马成为很多分队，来包围乃颜的营塞，要和他去决斗……以后人就可以看见与听到很多乐器声音作起来了（尤其是那二弦的乐器，有最愉快的声音）也能听到很多喇叭的吹声，和许多的高唱。因为你们必须知道鞑靼人的风俗如此。当他们已经摆布与排列成队伍，在去打仗以前，他们一定要听到领袖的罐鼓声……当双方都预备充足后，大可汗的罐鼓发出了声音。先在右翼，后到左翼。罐鼓的声音开始发作，所有阻滞即刻停止，他们用长矛、弓箭、鎚矛与长枪（后者是很少的），冲上前去厮杀。但是兵都有强弩与许多其他的武器……这战争开始，没有人性的战争的开始。现在就可以看见箭的飞射，像雨点一样落下。现在又可以看到骑士和马倒在地上死了……奋勇战斗从早到午……最后，大汗得胜了。当乃颜和他的战士，看见自己无力恋战，于是他们开始逃遁。但是这也不能改变战局。因为乃颜已被捉了。所有他的
达官与臣民，全部归降。
以上与乃颜军队激战的许多情节，几乎和汉文及波斯文史籍是一样的。
忽必烈乘象舆亲征，《岳铉第二行状》云，忽必烈汗“亲御象舆以督战，意其望见车驾必就降”。没料想到“乃颜悉力攻象舆”。拉施特《史集》也说：“他（忽必烈）尽管关节酸痛，人老了，仍然坐在象背的轿子里出发了”。
如忽必烈立于小山之上，《元史》卷一百一十九《脱脱传》载：“到元二十四年，（脱脱）从征乃颜，帝驻跸于山巅，旌旗蔽野”。拉施特《史集》又说：“当接近了合罕军队溃逃的地方之后，载着轿子的象被赶至一个山丘顶上”。
如阵前飞箭如雨，《岳铉第二行状》云：“锋既交，两阵矢急射，几蔽天”。
《元史·董士选传》也说：“乃颜军飞矢及乘舆前”。王恽也有“嚣纷任使前，万矢飞搀枪”的诗句。
如战争残酷与阵亡甚多，王恽诗又云：“僵尸四十里，流血原野腥”有所不同的是，汉文史书说，元军先后在撒儿都鲁、失剌斡耳朵及不里古都伯塔哈山等处同乃颜叛军交战三次，马可·波罗好像是一起记录了下来。
在这三次战斗当中，忽必烈亲临阵地，经受风险的是撒儿都鲁遭遇战。撒儿都鲁和叛军黄海最先遭遇交战的是都万户阁里铁木儿所部。忽必烈乘象舆随而进到这个地方，一则是因为忽必烈年迈无力和骑马困难，二则也寓有以大汗象舆亲临督战与威慑敌军的意思。
谁料突然遇到叛军将领塔不台六万军士猛烈攻击，投入兵士敷超过了元军。
叛军不仅未被震慑，更加疯狂起来，他们射来的箭支甚至直抵忽必烈象舆前。博罗欢所率的五投下蒙古军在两军阵前一度有败跑的痕迹。情况危急，忽必烈将象舆退至一小山丘，后来又改乘马匹。幸而依赖汉军将士奋力以步卒和射士抵御，才阻止进攻。夜晚到来时，元军以兵车环绕为营卫，严加防守。
半夜，李庭率壮士十人，持火炮突袭敌阵，叛军非常害怕，混乱中自相残杀。
此时，洪茶丘所率三千高丽汉军又裂裳帛为旗帜，断马尾为旄饰，张设疑兵，掩映林木，叛军见其状，以为是官兵大至，慌忙败逃。
在这次亲征之中，大汗的怯薛近侍也披挂上阵，拼死奋战。撒蛮之子脱脱、木华黎后裔以宿卫士随从忽必烈征乃颜，两军列阵，还没有等罐鼓响起，就率家奴数十人疾驰阵中，攻击敌军，所向无故。忽必烈在象舆中望见此状，非常高兴。
又特意遣使者慰劳，且召脱脱回还，嘱咐道：“卿勿轻进，此寇易擒也”。忽必烈看到脱脱所持刀已折断，马也中箭，颇有感慨地对近臣们说：
“撒蛮不幸早死，脱脱幼，朕抚而教之，常恐其不立，今天能如此，撒蛮可谓有子矣”。于是，亲自解下自己的佩刀及所乘马匹，赏给脱脱。
乃颜自失剌斡耳朵撤出之后，向东逃到不里古都伯塔哈山。玉昔帖木儿率领蒙古军与李庭等汉军合兵并进，乘胜追击，展开了一场激烈的战争。阿速人玉哇失所率前卫侍卫亲军充当先锋，陷阵力战，在后续部队的支援下，大败叛军。乃颜逃逸，最终在失列门林被元军擒获。
忽必烈听见乃颜被擒的消息之后，马上下令将他处死。其方式仍然遵循蒙古人处死贵族的传统，即“紧紧地捆扎在地毯里面，放在地上乱滚和到处击打，然后死去”，“不允许皇帝宗系的血洒在地上，或叫太阳或空气看见”。
忽必烈打完胜仗回到上都，一起出征的枢密院事洪君祥，依次编辑出征期间的车驾起居，撰为《东征录》。
赤后裔哈丹等乃余党仍然在大兴安岭东西两侧带领残将与军打仗，殃嫩江、黑龙江、辽河和高丽地区。忽必烈派遣皇孙铁穆耳和御史大夫玉昔帖木儿率军征讨，经过大概四年的战争，最后平息了这场叛乱。
忽必烈还严肃处理了参与叛乱的乃颜部众及领地的整顿。首先瓜分他的国民。大多乃颜部众被没人国家版籍，有些被强行迁徙江南充军。然后划分他们的国土。忽必烈特意从西北迁来兀速、憨哈纳思、乞里吉思三部屯驻于乃颜故地，亲自赐名肇州，立宣慰司管辖。忽必烈还亲自吩咐首任宣慰使刘哈剌八都鲁说：
“从这里一直往北，就是故地日阿八剌忽者，产鱼，吾今立城，而以兀速、憨哈纳思、乞里吉思三部人居之，名其城日肇州。汝往为宣慰使”。
尽管没有参与叛乱的乃颜亲族成员乃蛮带等继续能受到优待，但曾经庞大的东道诸王兀鲁思已不存在了。
根据马可波罗所记述，乃颜叛军的军旗上缀有基督十字架徽记，他的军队中有大量基督徒这也是完全可能的。蒙元时，蒙古诸部乃蛮、中克烈、汪古等部族信仰聂思脱里教的很多。而成吉思汗之侄按只吉歹所封三千户中有相当数量的乃蛮人。乃颜军队基督教信仰，很可能是由他们传播开来的。
