古帝国还会暂时的在大体上保持统一，金帐汗国本就倾向于蒙哥系，由蒙哥汗之子们拥立的阿里不哥可以很容易获得金帐汗廷的承认；察合台汗国的监国兀鲁忽乃王妃是因为蒙哥汗处死前任察合台汗也速蒙哥而夺位的，自然也偏向于蒙哥系；窝阔台诸后王中的佼佼者海都，最反对改变传统，属意于阿里不哥是理所当然；旭烈兀已经没有了竞争大汗位的可能，只是想在伊朗立国，忽必烈和阿里不哥又都是他的同母兄弟，谁继承汗位，只要承认他在伊朗的统治，便会服从。
但是，阿里不哥与蒙哥汗一样是丝毫“不蹈袭他国所为”的人物，他的胜利会给中原地区以及日后将要征服的江南地区带来什么，是可以预见的。而以军事扩张和分封殖民方式扩张到如此之大的蒙古帝国，崩溃的趋势在贵由汗时代已经出现，只是横空出世了位蒙哥汗，以自己的能力强行将这一趋势减缓，而阿里不哥却没有这样的本事，大崩溃必然会到来，到那时，汉文明被毁灭，蒙古因帝国崩溃而无力发展，整个东亚会是什么样子，就难说得很。
相对而言，虽然忽必烈的胜利使得帝国的崩溃提前，对于汉文明自然是否极泰来，对于蒙古本身来说，也是祸兮福所倚。
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兄弟二人的战斗其实从刚一开始已经悬念不足。阿里不哥的部队主要是蒙古本土的六十多个千户军以及蒙哥汗南征时所带的部队，尤其以六盘山驻扎的四万铁骑最为精锐。忽必烈麾下主要是南征时的东路军，以及所有汉地世侯的部队。从军队数量上来说，忽必烈处于下风，但他曾经南征大理和南宋，有着丰富的大军团指挥经验，又有兀良合台、霸突鲁、史天泽、张柔等大将及刘秉忠、姚枢、廉希宪等谋臣，相对于阿里不哥从未指挥过作战以及身边如阿兰答儿等上不得台面的属下，实在强过太多。以经济实力，蒙古高原的补给大部分来自于中原，忽必烈占据中原，掐断供应，阿里不哥就会立即陷入粮荒，若要向掌握着中亚富庶地区的察合台汗国要给养，却不得不经过战争。在人才和经济上，忽必烈有着压倒性优势。
战争的序幕，在秦陇地区拉开。
按照忽必烈的部署，是漠北为主，秦陇为辅，两路夹击。但控制秦陇的原蒙哥汗南征军却是相当重要，直接关系到自己能否有个稳固的后防。1260年（中统元年）四月初，忽必烈派廉希宪、商挺为宣抚使，赵良弼为参议，进入关中组织兵马。而与此同时，阿里不哥所派的行尚书省官刘太平、霍鲁怀也来到关中宣抚各地。
兄弟二人都对关中很重视，动作也都很快，可阿里不哥却输在自己没有哥哥在汉地世侯中的崇高威望。廉希宪等人派出使者招抚驻军六盘山的浑都海所部失败后，立即果断的联络西京万户刘黑马、巩昌总帅汪惟正两路世侯分头行动，将刘太平、霍鲁怀绞杀于西安，并先后擒杀蒙哥汗派驻成都的将军密里霍者、派驻青城的将军乞台不花，收领了川蜀兵马，完全孤立了六盘山浑都海所部。
这时的浑都海最好的策略，是趁着西安空虚立即前往攻打，一旦西安掌握在手中，秦陇局势便会改观。但廉希宪在没有请示忽必烈的情况下，命大将八春领四千人驻防，命汪惟正的四弟汪良臣总制巩昌、秦州、平凉等二十四城兵马，用重兵防御的假象迷惑浑都海。浑都海不知是计，放弃了出兵西安，而是率军渡过黄河，进兵甘州，与奉阿里不哥之命南下的阿兰答儿所部汇合，进攻宗王只必帖木儿的西凉州领地。
八春、汪良臣率军西进御敌，初战失利。九月，合丹率精锐骑兵与八春、汪良臣汇合，在甘州附近的耀碑谷与阿兰答儿、浑都海展开决战。其时忽刮大风，天昏地暗，汪良臣命军士下马以短兵器突袭敌军左翼，使之混乱溃退后又趁势击溃右翼，八春率兵突袭敌军中军，合丹以主力骑兵绕敌背后截断退路。阿兰答儿、浑都海一败涂地，双双被斩于阵中，数万精锐几乎全军覆没，只有极少数残兵逃回漠北。
经此一战，秦陇大定，阿里不哥被砍掉了一只臂膀。
与此同时，忽必烈也在鏖战漠北。
为了能尽快夺回蒙古本土和都城和林，确定自己的合法大汗身份。在廉希宪等人在关中奋战的同时，忽必烈则征调驻扎在淮河的霸突鲁、兀良合台所部，汉军世侯军、诸宗王军共十五万之众，御驾亲征，以那邻合丹、也相哥为先锋，迅速向和林推进。
1260年秋冬之交，忽必烈率部到达巴昔乞地区，遇到旭烈兀之子主木忽儿和斡儿答（术赤长子，白帐汗国开国汗王）之子合剌察儿所帅阿里不哥军的迎击。主木忽儿与合剌察儿都有着能征惯战的父亲，可自己却没有遗传多少名将素质，一经交战便败下阵来，所部兵将损失无算，哥俩仓皇逃走。
和林城在忽必烈封锁物资供给之后，已经发生粮荒，物价暴涨，人心离散。阿里不哥困守危城已经是苦不堪言，闻听前方战败，连忙率部逃出和林，回到自己的封地吉尔吉斯。
以忽必烈用兵的惯例，一定会乘胜进兵，一举全歼阿里不哥残部。但此时的阿里不哥倒是学了乖，立即遣使向哥哥求饶，完全是一副小弟弟做错事的口吻，称作为弟弟因无知而犯罪，兄长可以审判，让自己去哪里就去哪里，待养壮了牲畜即去见忽必烈请罪。忽必烈在对待兄弟之情上很像蒙哥汗，不忍心过于相逼，认为：“浪子们现在回头了，清醒过来，聪明起来，回心转意了，他们承认了自己的过错了” ，于是派也相哥领十万军队驻守和林一带监视阿里不哥，自己解散了征调的诸王军队，回到燕京。
政治是不讲情面的。忽必烈忘了自己这个小弟弟已经不再是当年在母亲身边的同胞骨肉，阿里不哥可没有忘记这个哥哥是自己必欲除之而后快的竞争对手。忽必烈的一念之仁使他付出了惨痛代价。中统二年（1261年）秋；阿里不哥恢复了元气后，发兵前往和林，诈称是来投降，对戍守的也相哥军发动突袭。移相哥猝不及防，全军溃败，无奈之下只得南撤。蒙古正统的象征和林再次落到阿里不哥手中，为了尽快扩大战果，阿里不哥稍事休整后继续南下进逼忽必烈的大本营——开平。
弟弟的出尔反尔让忽必烈大为光火，再次御驾亲征，率以张柔为主的七个世侯所部以及塔察儿、纳邻合丹等宗王之军迎战。十一月；与阿里不哥遇于昔木土脑儿之地。
阿里不哥能够夺得和林，全靠着诈降和突袭，一旦与哥哥正面交锋，立即露出不善统兵的缺点。一战下来，麾下大将合丹火儿赤战死，兵士损失无算，全面溃败，奔逃五十余里。其部将阿脱等见大势已去，遂向忽必烈投降。
这一次，阿里不哥的本钱已经赔得十去七八，再也拿不出像样的部队了。而忽必烈却再次放了弟弟一马，没有继续追击，说道：“不要去追他们，他们都是些不懂事的孩子，应当使他们明白过来，后悔自己的行为。” 但是，对于弟弟的经济封锁却毫不放松，各种物资，尤其是马匹和粮食，都严禁买卖。
此时的阿里不哥虽然已经没有可能再和忽必烈争夺大汗宝座，但若是举措得当，如旭烈兀那样“自帝一方”还是有可能的。可这位志大才疏的金枝玉叶却用一系列的昏招彻底把自己搞成了山穷水尽。
为了应对哥哥的经济封锁，他派支持自己的察合台系宗王阿鲁忽接管了察合台汗国，囚禁了原监国兀鲁忽乃王妃。希望察合台汗国能够成为自己的大后方，可是阿鲁忽此人野心不小，稳定了察合台汗国内部之后，羽翼渐丰，就不再听阿里不哥的摆布了。
阿里不哥多次要求阿鲁忽支援武器和粮食，但阿鲁忽置之不理，积极扩张自己的势力；派人前往撒麻耳干（今乌兹别克撒马尔罕） 、不花剌（今乌兹别克布哈拉） 和河中地区；杀掉了金帐汗国别儿哥在该地区的官员，接管了原本应由大汗直辖的上述地区。当阿里不哥使者在察合台汗国境内征集了大批物资准备带走时；阿鲁忽杀死使者；夺取物资，正式与阿里不哥决裂决定投靠忽必烈。愤怒之下，阿里不哥领兵攻打阿鲁忽。虽然先头部队在速惕阔勒（今新疆赛里木湖） 被阿鲁忽打败，但阿里不哥的军队趁阿鲁忽不备；攻取伊犁河地区及察合台汗国的京城阿力麻里（今新疆霍城西） 。阿鲁忽带领残部逃往忽炭（今和田） 和可失哈耳（今喀什） ；不久又迁往撒麻耳干。
阿里不哥总算是有了相当富庶的根据地，若是仔细经营，也可为一方之雄。但他处置政事不公，任意杀害军民。属下诸王那颜对他大失所望，相继离他而去；尤其是最铁杆拥护他的蒙哥汗之子玉龙答失的离开，更让他陷入众叛亲离。不久，阿力麻里发生饥荒，阿鲁忽趁机前来进攻。阿里不哥抵挡不住，便放回兀鲁忽乃王妃以为缓兵之计，结果，阿鲁忽顺势便娶兀鲁忽乃王妃为妻，更加确定了自己察合台汗国之汗的合法性，实力大为增强。
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后有忽必烈，前有阿鲁忽，阿里不哥已经是左右为难。现在以他的实力，和谁都无法较量，只能向其中之一低头。阿鲁忽曾经是自己的臣子，而且其人心狠手辣。相对而言，忽必烈是自己的亲哥哥，而且多次放过了自己，毕竟血浓于水。阿里不哥无奈的做出了自己人生当中最后一次重大的选择。
中统五年（1264） 七月，阿里不哥来到开平向忽必烈投降。这场导致帝国崩溃的兄弟相残之战，终于尘埃落定。
投降者与受降者都对对方爱恨交织，阿里不哥与忽必烈相见时，双方都流下了眼泪。相对哭泣了很久，忽必烈才打破沉默，问道：“我亲爱的兄弟；在这场纷争中谁对了呢；是我们还是你们？”阿里不哥的回答意味深长：“当时是我们；现在是你们”。 他并不承认自己称汗是错误的，明确的对哥哥表示：你是赢在实力上而并非道理上。
忽必烈最后也没有难为这个弟弟，让宗王们会同审问后，认为阿里不哥是成吉思汗子孙，予以宽恕。但阿里不哥仍是在第二年便患病死去。
有些史家认为阿里不哥是忽必烈暗杀的，因为他毕竟还是蒙古正统派的旗帜，只要他还在一天，便是对自己的威胁。这样的分析自然很有道理，但综合前因后果，忽必烈害死阿里不哥是很愚蠢的一招。毕竟当时蒙古帝国各汗国还在名义上维持着传统关系，阿里不哥归降时，忽必烈让其站在侍从站立的地方，这一侮辱性做法，立即便引起了旭烈兀、阿鲁忽、别尔哥的不满，写信进行指责。忽必烈希望自己称为真正的蒙古大汗，极力拉拢各汗国汗王，因此立即进行了自我批评。一件小事尚且要小心谨慎，何况是杀害阿里不哥呢？何况，阿里不哥的一系列做法已经大失人心，即使正统派的很多宗王也都不再倾心于他，日后海都扛起正统派大旗，很快获得了号召力，有无阿里不哥其实并不重要。
以笔者观点，阿里不哥的死，应该是郁闷、悲哀和对于前途绝望多重困扰下的积郁成疾。但忽必烈是否会对于弟弟精心治疗，就难说得很，让他顺其自然的病死，应该是最好的结局吧。
阿里不哥死了，但蒙古帝国的崩溃却难以遏制。忽必烈的蒙古大汗注定要远远不同于他的前任，蒙哥汗之前，其他汗国与大汗的关系是君臣，而从他开始却要成为盟主与盟员的关系。
当忽必烈以“中统”为年号登上大汗宝座时，蒙古帝国的历史便已经结束，而大元王朝则开始了自己的故事。
是继承还是重建——元王朝与蒙古帝国
成吉思汗到蒙哥汗的蒙古帝国与元世祖忽必烈到元惠宗妥欢帖木儿的元王朝是个什么关系？无论在世界历史学界，还是中国历史学界，都是争论不休的话题。
一般引起争论的历史课题，要么因为年代久远，资料缺乏，要么因为资料繁杂，说法多样，因而很难找到一个确切的答案，大家都是靠推测，形成一个个“一家之言”。而蒙古帝国和元王朝的关系，却并非这些原因，要说资料少，不但中国有《元史》、《元文类》等等，波斯有《史集》、《世界征服者史》，蒙古自己也有《蒙古秘史》、《黄金史纲》等等；要说资料繁杂，其实无论那种史书，对这个问题都有着交代，来龙去脉，虽不能说条分缕析，也还是清楚的，不至于到了让学者们靠着猜想争论不休的地步。
争论的症结，在于这并不仅仅是个学术问题，常常上升到政治或情感问题上。
蒙古帝国太过庞大，囊括了东亚、北亚、中亚、西亚、东欧的广袤土地，这些土地上曾经存在的国家和继续生存的民族都不得不承认，在13、14世纪那段岁月，他们被一个名字叫蒙古的帝国战败、摧毁、屠杀，最后又被迫接受了统治。但是，那对岁月并不十分漫长，这些草原上而来游牧民族的统治并不稳固，很快这个帝国便分崩离析，各地区、各国家虽然还被成吉思汗的后裔们统治相当长时间，但已经开始自行其是的发展自己历史。如果说元王朝和蒙古帝国是一脉相承，甚至划为一体，很多地区的历史就要缩短自主发展的时间。这是会伤害到感情的。
西方的史学家们往往要尽量提前蒙古帝国崩溃的时间，有的干脆把这个时间放在蒙哥汗时代，认为因为蒙哥汗的继位是依靠金帐汗拔都的支持，因此在他即位后，帝国分为两部分，东部归蒙哥汗，西部归拔都。但这个说法并站不住脚，因为蒙哥汗即位后，对整个帝国都有着完全的权力，金帐汗拔都虽然很受重视尊重，但也只是屏藩之长，完全算不得另外一个帝国的统治者。拔都去世后，蒙哥汗先后委任其两个儿子继位，只是因为先后暴死，才不得不让其弟别尔哥继位。当旭烈兀西征之时，金帐汗国在蒙哥汗的命令下出兵出粮，而军队指挥权完全是旭烈兀的，也证明了蒙哥汗对金帐汗国的控制。
正是有着这样的反证，一些西方史家便把蒙古帝国崩溃的时间放在忽必烈称汗时代，而且不承认其他汗国与元朝的藩属关系，把元朝放在和其他汗国几乎平等的位置上，称之为“忽必烈汗国”。这种认识，则是基于忽必烈的双重身份——他既是蒙古大汗又是中国皇帝