1321年後，察合台汗國分裂為東、西兩部分，東部稱為“蒙兀兒斯坦”，西部稱為“馬維蘭納兒”。之後，兩個國家仍然處於混亂狀態。
如在馬維蘭納兒的統治集團內部，僅從1321年至1346年間，先後有10個汗即位，而且每個汗即位時，都采用謀殺手段。
1388年，西察合台汗國遭到新崛起的帖木兒帝國的打擊，最終被吞滅。東察合台汗國則繼續維持到1514年被葉爾羌汗國取代。
1225年，成吉思汗把今阿爾泰山以南以及稍偏西的一些土地封給其三子窩闊台汗，成立窩闊台國，領有額爾齊斯河上遊和巴爾喀什湖以東地區，他以哈拉和林為大帳常駐地。1241年12月窩闊台汗逝世，其後由皇後脫列哥那任攝政四年。
1246年，貴由繼承父親的大汗位，同時領有本部及窩闊台汗國兩塊地方。1248年七月，在位僅一年零八個月的貴由從葉密立的領地西巡時因酗酒過多去世。
貴由死後，有實力的拖雷之子蒙哥奪得大朝或大蒙古國大汗之位，在1251年7月登位成為大蒙古國的第4代君主。由於蒙哥並非窩闊台後裔，對一些窩闊台係後王有戒心，以窩闊台係後王屢與作難的緣故，改變了他們的封地，將封地分割，分授諸王，以去其勢。另有一種說法是：為了追討失去了的權力，窩闊台的遺兒聯合察合台國諸王，意圖暗殺蒙哥汗。結果，蒙哥識破了計謀，所以把包括了貴由的家族，包括了他的遺孀在內所有人處死及流放。而窩闊台國的領地，則由窩闊台的其他兒子瓜分。當中，窩闊台之子合丹領別失八裏（今新疆吉木薩爾北破城子之地）。事實上，窩闊台國在這時已經解體了。窩闊台其中一位孫子海都被封於海押立（今伊犁西），另一個孫子脫脫則占領葉密立。
大蒙古國第四任可汗蒙哥汗在1259年7月27日去世後，忽必烈與阿裏不哥爭奪大汗之位（1260—1264年），窩闊台家族所承受的壓力雖然減輕了，但這時窩闊台的孫兒海都抬頭，並與察合台家諸子選擇站在阿裏不哥一方。然而，窩闊台的兒子合丹所屬的家族卻選擇追隨原來領有河西走廊一帶的忽必烈，與海都家族對立。阿裏不哥失敗後，海都仍然與忽必烈為敵。由於海都與察合台家諸子的友好，海都的實力逐漸增強，稱雄中亞，甚至察合台汗國也在其勢力範圍內。
1260年忽必烈稱汗並於1264年徹底擊敗阿裏不哥其後在（1271年）建立大蒙古國後，海都與察合台國和術赤國君主組成同盟與忽必烈的蒙古軍交戰，並一度攻占和林等處行中書省的哈拉和林。忽必烈去世後，海都繼續與元成宗交戰。
1301年（大德五年）海都兵敗並於不久後去世，其子察八兒立，窩闊台國開始走下坡。1304年，察合台國入侵窩闊台國，大蒙古國蒙古軍趁機進攻，察八兒兵敗，投靠察合台汗國。1309年（至大三年），察八兒在察合台汗國的內爭中失敗，為察合台係後王怯伯所敗，逃入元朝境內，窩闊台汗國滅亡，其地多被納入察合台汗國。
1256年，旭烈兀率軍攻滅木剌夷國。1258年攻陷巴哈塔，滅黑衣大食（阿拉伯帝國的阿拔斯王朝）。旭烈兀汗率兵攻打埃及，得知蒙哥汗死訊後準備返回漠北。由於忽必烈和阿裏不哥之間的爭位戰爭已爆發，旭烈兀留在了波斯地區。
忽必烈與阿裏不哥爭位時，為了取得旭烈兀的擁護，將阿姆河以西，直到密昔兒（今埃及）邊境的波斯國土和該地蒙古、大食軍民劃歸旭烈兀統治，這樣形成了伊利汗國。旭烈兀汗以篾剌哈（今伊朗阿塞拜疆馬臘格）為都城，領土，東起阿姆河和印度河，西麵包括小亞細亞大部分地區，南抵波斯灣，北至高加索山脈。
1262年，欽察汗國別兒哥汗為爭奪旭烈兀控製下的阿塞拜疆地區，發兵來攻，雙方激戰兩年多。別兒哥雖然退回，但此後兩蒙古汗國經常為領土爭端發生衝突。
1265年，旭烈兀汗死，長子阿八哈即位，定都桃裏寺（今伊朗境內的大不裏士），以篾剌哈為陪都。伊利汗國與元朝一直保持著友好的關係。1282年阿八哈卒，弟貼古迭兒（又名阿合馬）繼立。
1284年，阿八哈子阿魯渾認為自己父親受大汗冊命，汗位應當歸屬自己，於是在權臣不花支持下起兵推翻其叔，並遣使入元奏報。
忽必烈命他繼承汗位，並授不花為丞相。
1291年阿魯渾去世，其弟海合都繼立。海合都揮霍無度，國庫空虛，於是仿效元朝鈔法，在孛羅丞相指導下印造發行交鈔，但行用未久即廢。
1295年，權臣謀殺海合都，奉諸王拜都為汗，阿魯渾子合讚起兵討滅叛者，奪取汗位。合讚為取得當地封建主和穆斯林的支持，改信伊斯蘭教，並定為國教。他的即位和改變宗教信仰，都得到元成宗鐵穆耳的承認。
合讚即位後，大力進行社會改革，製定新的土地﹑賦稅﹑驛站﹑貨幣等製度，限製蒙古貴族﹑將校和官吏對人民的橫征暴斂，使農業﹑工商業得到發展，財政收入增加。他還鼓勵發展科學文化，在首都興建天文台，設立學校，命宰相拉施都丁編纂《史集》。合讚通曉多種語言，對天文﹑醫學和許多工藝都頗有知識，尤精通曆史，被譽為賢君。他與密昔兒的馬木路克王朝為爭奪敘利亞多次發生戰爭，察合台汗國的篤哇汗乘機攻占伊利汗國東部的吐火羅（今阿富汗東北部）之地。