海都是窝阔台之孙，合失之子，聪明能干而又狡诈，颇有势力，逐渐成为忽必烈的对立派领袖人物。蒙哥即位后，窝阔台系宗王，海都被分迁于海押立。海都以大汗位当属窝阔台后裔，其父合失应继承大汗位(实际是自己要求袭位)为理由，一直心怀不满。忽必烈与阿里布哥争位，海都支持阿里布哥。阿里布哥败降后，海都就回到他在叶密立河的封地，逐渐纠集部众，结好术赤后王，扩展自己的领地。在他的领导下，号令专一，赏罚信明，士卒练习，以海押立为基地，势力日盛，成为窝阔台系诸王的首领，积极谋求大汗之位。忽必烈屡次遣使征海都入朝，他以马瘦为辞，拒不来朝。忽必烈因无力西顾，一面按年赏赐海都银两币帛，并分蔡州为他的食邑，表示优容；一面派在中原的察合台曾孙八剌回察合台汗国夺取汗位，以牵制海都。察合台分地在窝阔台分地之西，这样，便形成了对海都的东西夹击之势。八剌与海都战于锡尔河，海都大败。海都求助于术赤后王忙哥帖木儿，击败八剌。后来，海都请窝阔台孙乞卜察克出面调解，又相和好。夺得察合台兀鲁思汗位的八剌也争夺斡端(今新疆和田)与元朝开战。至元六年(1269年)，海都同八剌等察合台后王、术赤后王于塔拉斯河畔召开大会，推海都为盟主，一致对抗忽必烈和伊儿汗阿八哈，誓约保持游牧生活与蒙古习俗。至元七年(1270年)，八剌死，古相(察合台子撒儿班之子)继立，举兵海都，为海都所杀。忽必烈针对海都的威胁，派太子真金驻兵称海(今蒙古科布多东南)；派万户伯八、断事官刘好礼镇治吉儿吉思、谦谦州等处，又派大军击败海都军于别失八里。至元八年(1271年)，皇子那木罕进军阿力麻里。至元九年(1272年)，海都立八剌子笃哇为汗。其后，海都和笃哇联合起来，不断袭扰西北地区。

　　至元十一年(1274年)，元军大举伐宋，海都又乘虚进袭。十二年(1275年)笃哇、卜思巴等率12万兵南下围攻火州(今吐鲁番高昌故城)，迫使畏兀儿亦都护火赤哈尔的斤将女嫁给笃哇。后来海都进攻火州，亦都护战死。同年八月，忽必烈以右丞相安童行中书省、枢密院事，辅佐那木罕率大军北征。那木罕弟阔阔出、蒙哥子昔里吉、诸王脱铁木儿等随行。命那木罕为阿力麻里总管。脱铁木儿是忽必烈弟岁哥都的儿子，因与忽必烈不和，一直在寻找机会发动叛乱。至元十三年(1276年)冬，从征的宗王昔里吉、蒙哥之孙撒里蛮、脱铁木儿、阿里布哥之子玉木忽儿、察合台子撒儿班等发兵讨忽，劫持那木罕和安童，分送至术赤后王忙哥帖木儿和海都处，立昔里吉为帝，并回师攻掠和林。当时斡亦剌、弘吉剌部及河西、六盘山等地也有所响应。忽必烈急调征伐宋朝主将伯颜、阿术、别吉里迷失等回师北征。当时谋反诸王的军队已会集于鄂尔浑河，于是伯颜断其粮道，阻困其军马。元将土土哈在土拉河和鄂尔浑河两次大捷，夺回被讨忽军所掠之祖宗所御大帐，并分别击溃各支乱军，稳定了大漠南北局势。至元十五年(1278年)，土土哈再率元军逾越金山，昔里吉败走也儿迪石河，脱铁木儿逃至吉儿吉思。脱铁木儿被元军击败，不得不求援于昔里吉，昔里吉不应。脱铁木儿又奉撒儿班为帝，玉木忽儿不从，双方激战，脱铁木儿战败被杀。撒儿班在孤立无援的情况下，不得不投奔昔里吉，昔里吉将其送至术赤后王火赤斡兀立处，途中被撒儿班旧部劫获。后来，撒儿班重整军队，战败并俘获昔里吉、玉木忽儿等，撒儿班将两人押送至大都。但玉木忽儿在途中以贿得释，昔里吉则于至元十九年(1282年)被忽必烈流放至海南岛，后来死于该地。

　　在昔里吉向忽必烈发兵时，海都乘机占领阿力麻里，袭扰天山南北。对此，忽必烈也作了一系列部署。至元十八年(1281年)，改畏吾儿断事官为北庭都护府。五月，命万户綦公直为都元帅，进驻别失八里。至元二十年(1283年)，又置别失八里、和州等处宣慰司，派都元帅忽必来、别速台等戍守，诸王阿只吉节制。此外，还在称海等地屯田，以进一步加强对西北的控制。但海都、笃哇等仍有锐力，元军屡屡战败。至元二十三年(1286年)，海都进兵别失八里，綦公直随从丞相伯颜败海都于洪水山，乘胜追击，深入险地，援兵不至，公直之子瑗力战而死，公直与妻及忙古台也都陷入海都的阵地。

　　至元二十四年(1287年)，海都又联通了东部斡赤斤后王乃颜，哈撒儿后王势都儿、合赤温后裔胜纳哈儿、合丹图鲁干等部，其势愈发浩大，西北战事更加频繁。至元二十六年(1289年)，忽必烈改命伯颜代阿只吉节制在西北的政府军。忽必烈又先后派出皇子阔阔出，皇孙甘麻剌、铁穆耳出镇北边；皇子奥鲁赤、皇孙阿南达和察合台后王阿只吉、出伯防守畏兀儿和吐蕃地区。成宗大德五年(1301年)，海都、笃哇联军越阿尔泰山南来，甘麻剌和皇侄海山率元军迎击，两军激战，海都和笃哇皆受伤，海都因伤死于归途，子察八儿继位。

　　乃颜是元朝蒙古的宗王，成吉思汗幼弟铁木哥斡赤斤玄孙。成吉思汗分封子弟，斡赤斤所得分民独多(一说5千户，一说与其母合得1万户)，其分地在蒙古最东部，以哈剌哈河(今哈尔哈河)流域为中心，并不断向哈剌温山(今大兴安岭)以东扩展，据有辽东大部分地区。乃颜祖父塔察儿曾以东道诸王之长率先拥戴忽必烈为汗，因而特受尊崇。乃颜继其父阿术鲁为斡赤斤分地之主。
　　西北藩王的大肆举反，使忽必烈深感对东北地区也需加以控制。

　　东北地区原来只置山北辽东道宣慰司，权轻不足以镇慑，拟改置行省。至元二十三年(1286年)，西北诸王海都、笃哇进攻阿尔泰山，元朝以重兵防御西境。早与海都有暗中联系的乃颜，见有机可乘，自恃军队众多、封土广大，谋起兵应海都，对忽必烈进行东西夹击。忽必烈得到辽东道宣慰使关于乃颜有异志，必反的报告，即于至元二十三年(1286年)改置东京行省于辽阳(辖境约当今辽河下游以东，太子河以南和阜新、彰武、新民等市、县地)，借以镇慑诸王，控制辽东。乃颜见立行省，不自安，至元二十四年(1287年)四月，与合撒儿后王势都儿、合赤温后裔胜纳哈儿、哈丹秀鲁干等结盟，举兵反元，与海都及西北诸王相联络，对元朝构成自东北至西北的强大威胁。乃颜军南逼潢河(今辽河上游西拉木伦河)流域，迫使元军退至豪州(今辽宁彰武)、懿州(今辽宁阜新东北)以西。

　　忽必烈遂遣伯颜进据和林，遮断乃颜与海都的联系。五月，忽必烈自上都出兵，扶病亲征，以玉昔帖木儿领蒙古军，李庭领汉军，两路军队同时向乃颜在辽河上游的大本营集结，并力进攻。由于蒙古军将多是乃颜的将校或戚属，两军对阵时往往立马相乡语，辄释杖不战（《元史》）。忽必烈命李庭、董士选等统领汉军进攻。六月，大军在撒儿都鲁败乃颜部将塔不带、金刚奴，进逼乃颜在辽河上的失剌斡耳朵（斡耳朵意即宫廷营帐）。乃颜是景教的信奉者，在他的旗帜上立十字架为标志，军号十万，以车环卫为营。忽必烈以步卒持长矛，在火炮掩护下进攻。马可・波罗在记述这次战役时写道：由于双方部众执弓弩骨朵刀矛而战，其迅捷可谓奇观。人们只见双方发矢蔽天，有如暴雨。双方骑卒坠马而死者为数甚众，陈尸满地。死伤之中，各处声起，有如雷震。六月，乃颜退至呼伦贝尔高原的不里古都伯塔塔(在哈尔哈河与诺木尔金河交汇处的带)集结重兵，与元军决战，溃败后出逃，在失烈门林(西拉木伦河)为追兵所获，被忽必烈处死。元军继续进兵，北至海剌儿河，东逾哈剌温山，进至那兀江(嫩江)流域，追击乃颜余党。七月，势都儿北犯咸平，兵败，向忽必烈投降。哈丹图鲁干及其余党北逃。忽必烈留玉昔帖木儿辅佐皇孙铁穆耳进讨，至元二十五年(1288年)，哈丹图鲁干降而复叛，联合火鲁火孙继续作乱。四月，忽必烈皇孙铁穆耳率玉昔帖木儿、土土哈、李庭、博罗欢等再往征讨。八月，李庭大败哈丹图鲁干于贵烈、洮儿两河之间，哈丹图鲁干北逃至边境。后来虽曾多次南犯，终于势孤力单，不能得逞。至元二十七年(1290年)，哈丹图鲁干逃窜高丽，他在高丽胡作非为，给高丽人民带来很大的灾难。至元二十九年(1292年)，元军在高丽人民的支持下，大败哈丹图鲁干，哈丹图鲁干之子战死，他自己也兵败自杀。

　　忽必烈后将乃颜的分民、财产没收，另分与他人；又命在乃颜故地建肇州城(今黑龙江省肇源西)，并将其所领的部分蒙古军分置于河南、江浙、湖广、江西诸省。经过这次打击，东道诸王的势力大为削弱，并受朝廷所置辽阳行省内设置的万户府统辖。

　　忽必烈在位30多年中，与分裂割据势力，包括蒙古正统派势力进行了十分激烈的斗争，通过军事，在政治上进一步加强了中央集权制。总揽纲权，则藩镇之祸销矣；深固根本，则朝廷之计定矣。"忽必烈所采取的坚决措施，对保障元朝多民族国家的统一起了重大作用。

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