至元二十四年（1287年），西北諸王海都等進攻按台山（今阿爾泰山），乃顏以為有機可乘，就在海都的攛掇下，聯合勢都兒、勝納哈、合丹等發動了叛亂，率軍直逼潢河（今遼河上遊西拉木倫河）流域。
忽必烈聽說乃顏叛亂的消息，大怒道，這個混帳東西也想當大汗。真是不自量力，我“若不討誅此叛逆不忠之韃靼二王，將永不居此大位”。說罷，立即叫來伯顏，令他率領一支軍隊進據和林，截斷乃顏與海都的聯係，以防海都率兵東進。又派遣阿沙不花前往東道諸王別裏古台後王納牙處，說服他親身朝覲自陳，以瓦解東道諸王同盟，削弱叛軍的力量。然後，忽必烈親自調遣蒙漢四十萬大軍，帶病親征。
乃顏聽說忽必烈親征，急忙率領軍隊退至呼倫貝爾高原的不裏古都伯塔哈（在哈爾哈河與諾木爾金河交彙處的三角地帶），在那裏集結重兵，誓與忽必烈決一死戰。
忽必烈派遣探子偵得乃顏動靜，命玉昔帖木兒率領蒙古軍、李庭率領漢軍，分道秘密出擊。
忽必烈大軍進軍神速且秘密，一天，天剛剛拂曉，忽必烈大軍如同從天而降，突然出現在乃顏營前。那時，乃顏與其寵妻仍在帳篷中睡覺，聽說忽必烈大軍已經殺過來了，急忙披衣而起，鑽出營帳去組織軍隊進行抵抗。
乃顏不愧是位訓練有素的武將，在此危急時刻，仍然保持鎮定，很快就把軍隊組織起來，擺好了陣勢。
忽必烈見乃顏已經擺好了陣勢，急令玉昔帖木兒率領蒙古軍進擊。哪知蒙古軍將士多是乃顏從前的將校或親屬，軍前對陣，往往立馬對語，訴說親朋之情，不是丟棄刀槍不戰，就是虛晃幾槍，各自退下陣來。忽必烈看看不行，采納葉李建議，急調李庭、董士選所統漢軍上陣，用“漢法”戰鬥。
乃顏是一位基督教徒，在他的旗幟上立有十字架作為標誌，軍隊號稱；四十多萬，以戰車環衛為營。忽必烈的漢軍以步兵持長矛，在火炮掩護下進攻。
雙方混戰一日，殺得難解難分。後來，乃顏的軍隊還是敵不過忽必烈軍隊的迅猛攻擊，士兵大敗而逃，乃顏亦坐上戰車，倉惶而遁。忽必烈揮軍追擊，俘虜不可勝計。乃顏逃至失烈門林（今地不詳）亦被追兵追及，沒有辦法，隻好束手就擒，成了忽必烈的俘虜。
幾個士兵把乃顏押至忽必烈麵前，忽必烈滿臉怒氣，令其跪下。乃顏把脖子一揚，裝成不可一世的樣子，說什麼也不跪。這時，上來幾個士兵，強行將乃顏按倒跪在地上。
忽必烈看了乃顏一眼，痛斥道：
“你也是黃金家族的子孫，你的曾祖鐵木哥斡赤斤很受成吉思汗的溺愛，所得分地分民最多。你的祖父塔察兒率先擁戴我為汗，我一直對你們家族不薄，讓你繼承了鐵木哥斡赤斤的封地和鐵木哥斡赤斤母親月倫的封地，又不斷地給你賞賜。致使你的封土最大，軍隊最多。”
“你的權勢也算不小了，財產也算是不少了。可你貪心不足，背叛了你祖父、父親擁戴我的愛心，妄圖自立為汗，恩將仇報，真不知天下羞恥之事。你是黃金家族的子孫，我本應該原諒你，可你作惡多端，罪大惡極，無論如何也不能原諒。你還有什麼話可說?”
乃顏聽了忽必烈的話，說：“成吉思汗給我們家族的封地是夠多的了，你給我們的賞賜也不算少，可你總要改行‘漢法’，用漢人的製度和法令來束縛我們，又要加強中央集權，限製地方世侯和封王，說不定什麼時候，你就會把我的封地奪走，讓我成為一個窮光蛋。你說，這我能夠容忍嗎?再說，我們都是黃金家族的子孫，大汗之位總不能讓你們一係去坐吧。我今天就是想要去坐一坐。現在，我敗在你的手下，沒有什麼話可說，要殺要砍，隨你的便吧。”
忽必烈聽了乃顏的話，深有感觸地說：“我是要改行漢法，因為漢法比較先進，製度比較嚴密，用漢法管理國家就會管得好，就會使經濟發展起來，這對我們都有好處啊！我怎麼會把你弄成窮光蛋呢?你完全誤會了。但現在你犯下了背叛大汗的滔天大罪，我沒有辦法原諒你。”
說罷，大手一揮，幾個士兵上來就把乃顏拉走了。
忽必烈不願意讓天空、土地和太陽看見黃金家族後人的鮮血，命人把乃顏密裹在一片氈子中，令士兵往來拖拽。乃顏疼痛難忍，嗷嗷直叫，叫著叫著，聲音越來越小，直至無聲無息。乃顏就這樣離開了人世。
在乃顏兵敗被俘之時，合丹也表示投降，後來逃還本部，至元二十五年（1288年），又聯合哈撒兒之孫火魯火孫，再次發動叛亂。忽必烈命皇孫鐵穆耳和李庭等人率軍平叛。鐵穆耳在托吾兒河（今洮兒河）、貴列兒河（今歸流河）之間，大敗合丹的軍隊，合丹被迫東走。
後來又與元軍轉戰於那兀江（今嫩江）、托吾兒河、宋瓦江（今鬆花江）等地。至元二十七年（1290年），元年分路進剿，合丹勢窮，竄入高麗。
元軍又與高麗合兵進討，大敗合丹。至元二十八年，合丹被徹底打敗，不知所終。也有人說，合丹在戰爭中被打死。
忽必烈在平定乃顏、合丹叛亂期間，將叛王的分民和財產沒收，又限製了封王的軍權，使東道諸王的勢力大為削弱，完全受朝廷所置行省控製，有效地加強了中央集權。
在東北地區乃顏、合丹叛亂期間，海都和篤哇等一直在西北地區配合騷擾。海都在北邊用兵，篤哇則襲擾畏兀兒地區。於是，忽必烈又先後派出皇子闊闊出、皇孫甘麻刺、鐵穆耳等出鎮北邊，防禦海都；又命皇子奧魯赤、皇孫阿難答和在中原的察合台後王阿隻吉、出伯等率軍出鎮別失八裏（今新疆吉木薩爾一帶）、阿力麻裏（今新疆伊犁哈薩克自治州霍城西）、斡端（今新疆和田）等地，防守畏兀兒和吐蕃地區，以抗擊篤哇。
後來，忽必烈又相繼把伯顏和玉昔帖木兒調往北邊，收複益蘭州等五部，把海都趕到阿爾泰山之外。忽必烈直接控製了阿爾泰山以內的西北地區。
到這時，海都的軍隊雖然沒有最後被消滅，但他再也沒有力量與忽必烈抗衡了。至成宗大德五年（1301年），海都兵敗受傷而死。
大德十年（1306年），海都餘黨再敗，向成宗投降。海都之亂終於平息了。
隨機應變罷世侯
忽必烈奪取政權、改行漢法期間，蒙古貴族內部改行漢法派和堅守祖宗舊法派的鬥爭相當激烈，漢人世侯與蒙古統治者之間的矛盾以及漢法派內部義理派和功利派的鬥爭亦十分激烈，忽必烈奪取政權不長時間，就暴發了李璮的叛亂。
李璮是金末紅襖軍領袖李全的兒子。李全是金濰州北海（今山東濰坊）人。
金衛紹王至寧元年（1213年），蒙古軍隊進攻山東，其母、兄弟都為亂兵所殺，加上金朝後期統治腐朽，剝削殘酷，無以為生，遂於仲兄李福等聚眾起義。
次年，紅襖軍首領楊安兒兵敗被殺，楊安兒的妹妹楊四娘子（名妙真）率眾來會，兩人結為夫婦，繼續與金朝統治者進行英勇鬥爭。宋嘉定十一年（1218年），李全率軍進入宋境，投靠了宋朝。
第二年，幫助宋朝擊敗金軍，使金兵不敢再犯宋朝淮東。後來，李全又北上驅走金降將張林，占居益都（今山東益都），遂以益都為中心，發展起個人勢力來。
成吉思汗二十一年（1226），蒙古軍隊進入山東，包圍了益都。李全堅守一年以後，兵敗投降。
那時，蒙古統治者實行拉攏漢族軍閥的政策，遂任李全為山東淮南楚州行省（又稱益都行省），專製山東，隨即率軍南下攻宋。元太宗窩闊台二年（1230），攻占楚州，十月突襲揚州失利，次年正月為宋軍襲殺。
李全死後，由其妻楊妙真襲職。不久，楊妙真死，蒙古統治者又以李璮襲領益都行省，繼續統治益都等地，發展成為專製一方的世侯。
蒙古統治者為了招納和利用漢族地主武裝，進入中原之初，封任了不少象李璮這樣專製一方的漢人世侯，初步建立了蒙漢地主階級的聯合統治。
但在權益分配上，雙方仍然存在著矛盾。
從漢人世侯方麵來看，他們多數想發展自己的勢力，成為獨霸一方的地方統治者，個別世侯在自己勢力強大之後進而想奪取中央政權，成為全國的統治者，在當時兵荒馬亂的年代，他們有這些想法，也不算奇怪。
從蒙古統治者方麵來看，他們是想利用漢人世侯，以幫助他們打天下，當然希望漢人世侯聽命於他們，而不希望漢人世侯搞獨立王國。因此，雙方的矛盾和鬥爭逐步向前發展。
李璮就是一個想搞地方獨立王國，進而想奪取中央政權的漢人世侯。他在自己勢力難以與蒙古抗衡的時候，表示臣服蒙古，利用蒙古和南宋的矛盾，積極發展個人勢力。
因此，他臣服蒙古，並非真心，曾多次拒絕蒙古統治者的征調。
蒙哥去世，李璮更加積極發展自己的勢力，他一麵利用南宋虛於防守之機，進犯南宋，取漣水、海州等四城（今江蘇東海縣以東至漣水沿海一帶）；一麵加修益都城防，儲存糧草，截留山東的鹽課和賦稅等，加緊反叛蒙古的物質準備。
中統元年（1260年），忽必烈即帝位，其幼弟阿裏不哥也在漠北自立為帝，兩兄弟為了爭奪帝位大打出手，爭戰不休。李璮乘此機會，屢次偽造邊警，“恫疑虛喝，挾敵國以要朝廷，而自為完繕益兵計”。
對於李璮的不軌行為，許多人都有所察覺，並向忽必烈作了密報。忽必烈為了全力對付阿裏不哥。對其不軌行為隱而不發，相反用高爵厚賞來安撫穩定李璮，以換取這位漢人世侯對自己的支持。
於是，忽必烈破格加封李璮為江淮大都督。李璮並不滿足，又偽稱“宋調兵將攻漣水”，“請繕城塹以備”，忽必烈批準了李璮的請求，下詔“出金符十、銀符五授，以賞將士有功者，且賜銀三百錠，降詔獎諭。”又規定“蒙古、漢軍之在邊者，鹹聽節製”。
中統二年（1261年）正月，李璮又詭稱獲得漣水大捷，上書朝廷，忽必烈又下詔獎諭。“仍給金符十七、銀符二十九，增賜將士”。
繼而，李璮又“報宋人來攻漣水”，忽必烈又下詔“遣阿術、哈剌拔都、愛仙不花等悉兵赴之”，李璮遂乘機請求“節製諸道所集兵馬，且請給兵器”，中書省商議，準備“與矢三萬”，忽必烈下詔“給矢十萬”。
經過三番五次的要挾，李璮取得了節製諸道所集兵馬之權，得以大規模繕修城壘，自恃兵精糧足，開始積極進行反叛活動。
為取得成功，李璮積極與朝中王文統交結，並與山東河北等地漢族軍閥書信相通，希望取得他們的支持．以收到裏應外合之效。
王文統原來是金朝末年的經義進士，但他為學不局限於儒家，其他各家思想兼收並蓄，特別喜歡讀那些權術、謀略之書。
金朝滅亡以後，北方知識分子不是投靠蒙古，就是投靠歸附蒙古的漢人軍閥，而那些歸附蒙古的漢人軍閥也需要招攬謀士以加強自己的軍事和政治勢力。
王文統以自己所學權謀之術遊說漢人世侯，開始，沒有得到漢人世侯的賞識，後來投奔李璮，李璮與其討論天下大事，非常高興當即留為幕僚。
王文統見自己的才學得到李璮的賞識，也很高興，即教李璮借南宋以自重，乘機擴充軍事實力，等待時機，以求一逞。
李璮以為王文統才華出眾，令其子李彥簡從其學習，王文統亦將自己的女兒嫁給李璮為妻，由是，王文統深得李璮信任，“軍旅之事，鹹與諮決”。
忽必烈即位之前，大力搜羅人才以為己用，劉秉忠、張易等人曾向忽必烈推薦王文統，稱他為才智之士。後來，廉希憲、商挺、趙良弼等人也推薦過王文統。
因此，忽必烈剛一即位，就提拔王文統擔任中書省平章政事，行中書省事於燕京，主管中原漢地政務。
王文統執政後，參預國家大政方針之製定，頒布一係列條畫，以革除賦稅、吏治諸方麵的積弊，又建議發行中統元寶交鈔等。
可以說，中統初年的各項政治經濟製度的建立，他都起了相當重要的作用。在理財方麵，既限製了蒙古、色目貴族的任意搜刮，又使國家財政收入大增，保證了忽必烈進攻阿裏不哥的物資供應。因而，深得忽必烈的信任，忽必烈曾有意提拔他為丞相，但因他出身布衣，資望不足而作罷。
王文統雖為儒士，但不象一般儒士那樣空談義理，而是講究理財，注重功利，這種作法，遭到義理派儒士的反對。特別是王文統得到忽必烈的特殊信任，更為這些義理派漢儒所不容。因此，他們不斷地向忽必烈說王文統的壞話。忽必烈聽了很不高興，因為他很重視講究理財的王文統，而不重視空談義理的許衡。忽必烈又曾與姚樞等人討論天下人材，當論到王文統時，姚樞說：“此人學術不純，以遊說幹諸侯，他日必反”。
王文統對義理派漢儒也不滿意，曾將張文謙擠出朝廷，又通過忽必烈，任姚樞為太子太師、竇默為太子太傅、許衡為太子太保，外示優尊，實際是不讓這些人在忽必烈身邊以備顧問。兩派之間的鬥爭在暗中悄悄地進行。
在這種形勢下，李璮通過書信往來，聯絡王文統一起造反。這時，王文統十分矛盾，不答應李璮吧，關於借重南宋、乘機擴充勢力、以求一逞的建策又是自已提出來的，不答應李璮一起叛亂，有點兒自食前言。如果答應和李璮一起叛亂吧，又覺得對不起忽必烈對自己的信任。