至元五年海都一部游弋东趋，进入岭北，驰突蒙哥之子玉龙答失所统巴邻部众。这很可能只是偶然事件，但马上被驻扎在蒙古高原的忽必烈军队视为海都叛乱的信号。于是漠北的元军出兵，在北庭击败了反叛的军队，而且又追杀到阿力麻里，叛军逃至两千余里以外，忽必烈下令停止追击。直到这时，海都似乎还力图避免与忽必烈军正面开战，因此才会从阿力麻里西撤。海都的西奔，引起了当时的察合台汗国兀鲁思汗八剌的疑惧。八剌深恐海都就此西渡锡尔河，夺取河中，因此急忙出兵拦截，两军在锡尔河畔相遇，发生大战。八剌先胜，海都在获得术赤系诸王的援兵后再度出战，大败八剌。八剌军退至河中，预备整军再战。

为了避免河中地区的城郭遭到更大破坏，海都派遣窝阔台子合丹的儿子钦察去与八剌约和。至元六年（公元1269年）春，术赤兀鲁思、察合台兀鲁思和窝阔台兀鲁思三方会盟于塔剌思河。三方议定：互结为“安答”，河中地区三分之二划归八剌，剩下三分之一属于海都和蒙哥帖木儿，诸王各自退回山地和草原，不得进入城郭地区，不在农耕地上放牧牲畜，也不向城郭居民滥行征发，农耕定居区域的管理仍由麻速忽负责。为了增加八剌的牧场、土地和军队，将由海都派兵，援助八剌西越阿姆河去侵夺伊利汗阿八哈的疆域。

翌年春天，八剌便从河中西攻呼罗珊。伊利汗阿八哈在也里附近用计大败八剌军。八剌败退河中，不久死去。察合台孙聂古伯被海都立为察合台兀鲁思的新汗，察合台兀鲁思沦为海都的附庸。海都取得对突厥斯坦和河中的支配权后，对元朝的态度逐渐强硬起来，开始了与元朝在天山南北两路直接对峙和争夺。

至元八年（公元1271年），忽必烈命北平王那木罕开府于阿力麻里。至元十年（公元1273年），那木罕趁察合台汗聂古伯与海都不睦，发兵前往征讨。聂古伯死后，察合台第七子合答海之子不花帖木儿继位为察合台汗，不久也死去，八剌之子笃哇即位。此两汗均由海都援立。至元十一年（公元1274年），元廷设置畏兀儿断事官，增设斡端、鸦儿看等驿站。至元十二年（公元1275年）正月，忽必烈连续下了三十四道追拘海都、笃哇金、银符凡的诏书。拘收的旨意和牌符更加激化了双方的冲突。大约在至元十二年（公元1275年）夏季，窝阔台系诸王禾忽沿塔里木沙碛南缘进至蒲昌海一带，切断了元朝通向巴达黑伤山地的驿路。

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