聚集兵力，称雄西北
海都（Qaidu，1234—1301）是窝阔台乃马真后第五子合失之子。成吉思汗死后，其斡耳朵仍旧维持，海都自幼生长在那里。在元宪宗蒙哥即位风波中，他没有参与谋叛活动。宪宗即位后，于次年得海押立以为份地。海都对窝阔台家族汗位被夺十分不满。1256年，蒙哥遣石天麟出使海都，为其长期扣留于海押立。海都于其地逐渐聚集兵力达二三千人。
蒙哥死后拖雷家族内爆发忽必烈、阿里不哥争位之战时，执掌窝阔台兀鲁思的为乃马真后少娣及贵由之子大名王禾忽，他们与背叛阿里不哥的察合台兀鲁思汗阿鲁忽一起同忽必烈结盟。海都力量尚小，加入了阿里不哥的阵营。中统年中，阿里不哥率兵入西域，讨伐阿鲁忽。禾忽与阿鲁忽联兵抵御，为阿里不哥所败，窝阔台汗国大斡耳朵撤出叶迷立-火孛地区，汗国内部亲阿里不哥的势力占了上风，海都成为窝阔台汗国之主。阿里不哥失败后，海都利用忽必烈倾全力灭宋，无力西顾之际，拒不参加诸王朝会，继续与忽必烈为敌，他逐渐把窝阔台系宗王的力量聚集在自己周围。
原先受阿鲁忽压迫的术赤家族的势力卷土重来，与察合台汗国在讹打剌发生冲突。海都利用这个机会来壮大自己，采取与钦察汗国结盟的方针，集中力量对付阿鲁忽。这样，在阿里不哥之乱刚结束时，在忽阐河以东草原就出现了以察合台汗国为一方，以钦察汗国和窝阔台汗国为另一方相争的局面。海都与阿鲁忽对垒，双方发生了冲突，海都战败，向别儿哥求助。别儿哥要萨满为他卜测凶吉，萨满告以大吉。于是别儿哥允诺以人力和财力援助海都。海都得援助后，复与阿鲁忽作战，杀其大将。阿鲁忽再以宗王率大军应战，击败了海都。此战发生的时间，据宏达迷儿记载，在阿鲁忽去世前一年。
塔剌思忽里台盟会
阿鲁忽死后不久，海都利用木八剌沙初立之际，夺取了察合台汗国大斡耳朵驻地亦列河流域阿力麻里一带及整个忽阐河以东塔剌思河、垂河流域的肥美草原，势力开始强盛。1268 年，他开始与察合台兀鲁思汗八剌在忽阐河中游展开激烈争夺。八剌设置伏兵，击败了海都。消息传到钦察汗蒙哥帖木儿处后，他立即派出其叔别儿哥察儿率5万骑卒增援海都，使海都得以收集溃军，举兵再战，终于获胜。八剌被迫向西退入阿姆河以北地区。为挽救败局，阻击海都和别儿哥察儿的追击，八剌在撒麻耳干和不花剌两城大肆搜括，筹集军资。海都为保存阿姆河以北地区免遭战祸，建议八剌和谈，为八剌所接受。1269年春，海都、八剌和代表钦察汗蒙哥帖木儿的别儿哥察儿聚议于塔剌思附近的草原。到会诸王结成按答，决定共同反对占据蒙古国东西两端的拖雷家族，由三方分享阿姆河以北地区的赋税收入：阿姆河以北地区的三分之二属于八剌，海都和蒙哥帖木儿分享其余。三方约定采取措施保护阿姆河以北地区的经济：蒙古诸王的军队不得毁坏城市农田，必须驻在远离农耕城郭地区的山区或草原，窝阔台汗国的军队驻守在察合台汗国的牧场与阿姆河以北中心城市之间，防止察合台汗国的军队违约进入上述地区；三方均不得在固定的份额以外再滥收捐税。
塔剌思忽里台大会决定，察合台汗国可越阿姆河南侵，向伊利汗国掠夺土地人口，海都则提供兵员支持。1270年八剌发动入侵伊利汗国之战，海都派出宗王察八惕和钦察率军支援，并授意他们相机撤回。西征军攻入呼罗珊后，察八惕和钦察先后退回，使八剌孤军深入，最后被阿八哈战败。
八剌在也里城下战败后，察合台、窝阔台两汗国之间的力量对比发生了变化，双方名义上还互称安答，但实际上八剌的军队给养，一切仰赖海都，海都也如主子对待附庸一样，对八剌下达指令，为他划定驻冬区域。八剌得到海都的给养后，重新聚集力量，于次年出动人马进至察赤之地，追讨企图投奔忽必烈的诸王，并派其弟牙撒兀儿出使海都要求援助。海都下令囚系牙撒兀儿，召集诸王大将历数八剌的“罪恶”，拟定乘机以武力解决八剌的计划，暗中调集军队，借口前来增援向八剌驻地开进，很快包围八剌的营帐。回历670 年初（1271），八剌因心悸发作在海都到来的当夜死去。八剌死后，察合台汗国迅速衰落，察合台后裔诸宗王向海都表示臣服。海都利用这个有利时机，变察合台汗国为附庸，择定撒班之子聂古伯立为汗。阿鲁忽诸子、术伯、合班与八剌诸子对海都所为不满，在不花剌到忽毡之间的地区进行反抗活动，被海都击败。术伯和合班反抗海都失败后投向元朝，受命驻防西疆，一直受到信用。
举兵反叛
在向西争霸的同时，即至元五年（1268），海都举兵反忽必烈，从阿力麻里东进至按台山，进攻依附于玉龙答失的纳邻部民。受到那木罕的迎击。那木罕获胜后，即向西发展，占据阿力麻里，海都继续向西溃逃二千余里。至元八年（1271），那木罕建幕廷于阿力麻里。忽必烈为控制这一地区不断增强那木罕的力量，除了补给装备之外，还于至元十二年春诏丞相安童 “以行中书省枢密院事从皇子北平王出镇北围”。大军出动之前，忽必烈派昔班出使海都，诱使海都同意罢兵置驿，但丞相安童违约对窝阔台后裔宗王禾忽发动突袭，尽获其辎重，迫使禾忽举兵叛乱，切断河西通达西域的道路，占领今天山以南地区。同年（1275），都哇率大军围攻火州城，因河西交通为禾忽叛军阻断，斡端和可失哈耳等地也陷于禾忽之手，元廷无法增援。火赤哈儿亦都护只得纳女求和。
次年，驻守在阿力麻里的元军中的以昔里吉为首的一些诸王，因丞相安童分配给养不均，发动叛乱，械系忽必烈之子那木罕和丞相安童，把安童送赴海都处、那木罕送赴蒙哥帖木儿处囚禁起来，企图与海都结盟。但海都按兵不动，打算坐收渔利。这一年，昔班再次出使海都，召海都入朝，并威胁“苟不从”，将出动“诸王蕃卫之兵”征讨。海都“辞以畏死不敢”。时忽必烈正忙于灭宋，没有足够的力量用兵于西北，派出铁连出使海都。铁连归来后报告：“海都兵繁而锐，不宜速战，来则坚垒待之，去则勿追，自守既固，则无虞矣”（《元史·铁连传》）。此议得到了忽必烈的批准。这就定下了元朝承认海都在扩张过程中获得的权益，不主动对海都采取重大军事行动，而在西北地区取守势的基本国策。在昔里吉侵入漠北时，海都坐观其变，至元二十一年（1284），海都还主动放回被扣押于其处的皇子那木罕和丞相安童，以表示和平的诚意。
禾忽叛乱以后，海都已把天山以南诸绿洲视为自己的势力范围，与元朝展开了反复争夺，元廷也无意轻易言退。至元十三年（1276）朝廷又开始向斡端一带派出驻军。元灭宋后，朝廷腾出手来对付西北叛王，至元十五年（1278）元戍军在阿老瓦丁的统领下再度回到斡端。至元中，元廷不断对斡端一带戍军补给军事装备，增派援军。因为沿天山南麓的道路为海都切断，为了保证与内地的交通，除了原有的水路驿站外，元廷于至元十九年（1282）九月设罗卜等驿站，使河西西行至罗卜，沿今车尔臣河行，顺今塔里木盆地南沿至斡端的道路畅通。至元二十三年（1286）元廷又在这条驿路沿线设立了怯台、阇缠等站，进一步改善交通条件。元廷的这些措施未能阻止海都对斡端一带频繁袭扰。《元史》记载，至元十八年（1281），刘恩奉命进驻斡端，次年又有诸王合班、元帅忙兀带、不花帖木儿等至其地，这几支军队曾在当地与海都集团中以兀庐、玉论亦撒、八巴等人为首的军队反复作战，并得到元廷的援兵，终因不敌，于至元二十年（1283）冬左右被迫撤回内地。至元二十六年（1289），朝廷决定放弃斡端。海都在西北地区的势力日益增长，而元朝又难以在今塔里木盆地西南缘绿洲地区维持一支大军防其入侵，这是元廷从斡端撤出的主要原因。
在元朝大力向西发展的时代，汉文史料上经常出现斡端、可失哈耳等地名，而这一时期这些地名在穆斯林史料中则很少出现。元朝退出斡端后，这一带的地名又重新在穆斯林史料中出现。据札马剌·哈儿昔记载十四世纪初，海都曾命麻速忽后裔治理可失哈耳。汉文史料和穆斯林史料对这一地区记载的时间上的互相衔接，正反映了元朝与西北诸王对这一地区统治权交替的历史事实。
争夺漠北的失败
至元二十四年（1287）的东道诸王之乱，是海都彻底改变坐观漠北形势变化的契机。这年乃颜起兵叛乱，海都允以10万骑兵相助，但未能实现。次年乃颜同党哈丹再叛，海都大将暗伯率兵越按台山，进犯叶里干脑儿（今蒙古西部艾里克湖），遭到元军将领阿里带的坚决抵抗。同年12月，海都军再次进攻，仍被元朝守军击退。至元二十六年（1289），昔里吉余党药木忽儿与明里铁木儿和海都联合，大举入侵漠北，攻占吉里吉思和漠北大片土地，迫近和林。元朝和林守臣陷于惊恐之中，北安王那木罕下令弃城，至忽必烈亲征后方才收复和林。二十七年（1290），药木忽儿等进攻那木罕驻地，元将朵儿朵怀败绩叛变。次年，元朝将钦察亲军投入漠北西部战场，兵锋直达吉里吉思之地。此后，海都军在杭海岭、按台山屡为伯颜所破。至元三十年（1293）伯颜离任前诱敌深入，再次取胜。次年元钦察亲军控制了吉里吉思之地，元军再西行进入撒剌思河、阿雷河流域，并沿此两河而下直至亦必儿、失必儿之地。成宗即位之初，海都营垒中的药木忽儿与朵儿朵怀降元。
海都向漠北扩张之时，为其势力极盛期。在南方，海都之子撒班统辖的5 万大军镇守今阿富汗之地，与印度相望。在呼罗珊方向，1289年伊利汗国大臣阿儿浑之子那兀鲁思背叛伊利汗国，失败后投奔海都。在北方，当时钦察汗国东部的白帐汗国发生分裂，其国宗王古亦鲁克（Kuiluk）为争夺汗位投靠海都、都哇。白帐汗伯颜（Bayan）受到海都、都哇的军事压迫，于成宗登基之初，向元廷遣使求援。海都为避免两面受敌，派己子不颜察儿和沙等人驻守在伯颜与元朝控制地区之间，以切断双方的联系。
大德三年（1299）元成宗下诏改组漠北元军指挥系统，命海山出镇漠北。大德四年（1300），元出动大军西击海都。8月，海山“与海都军战于阔别列之地，败之”，元军乘胜西进。12月，“军至按台山”。大德五年（1301），海都约都哇会攻驻营于按台山的元军，双方于帖坚古山一带发生激战。帖坚古山会战是元朝对海都、都哇进行的一场决定性大战。元朝出动了几乎所有驻在漠北的精锐之师，未能击败海都、都哇。元军从帖坚古山战场撤退时，海都尾追而来，元军惊慌失措，弃守和林。战后海都从前线返回，不久于也儿的石河上游之泰寒泊因病死去。