忽必烈的这一手，打乱了阿里不哥的部署，使他又恼又怒。阿里不哥不甘心汗位旁落，于是也召开了宗王贵族会议，宣布自己为大汗。其实，这两次所谓的宗王贵族会议，人数都不全，没有合法性，只是做为忽必烈和阿里不哥抢夺汗位的幌子。相比之下，阿里不哥召开的宗王贵族会议，人数要多一些。
这样，大蒙古国出现了两个大汗，自然形同水火，势不两立，从此展开了长达四年的激烈内战。幸亏忽必烈和阿里不哥的母亲已经去世，她没有看见自己的亲生儿子相互残杀的悲惨景象。
阿里不哥称汗以后，立即派兵南下，挑起战火。南下军队由大臣阿兰答儿统领，来势汹汹，企图一举灭掉忽必烈。忽必烈早有防备，率军迎敌，双方展开决战。
亲兄弟同室操戈，双方都毫不手软，杀得昏天黑地，伏尸遍野，血流成河。老天爷似乎也不忍心看到他们手足相残，刮起了狂风，飞沙走石，却仍然不能阻止这场厮杀。结果，阿里不哥军队大败，阿兰答儿也死于乱军之中，忽必烈获得大捷。
忽必烈获胜以后，随即调兵遣将，筹集粮草，准备攻打和林。公元1261年，忽必烈率兵北上，讨伐阿里不哥。两兄弟又在漠北草原展开大战，拼得你死我活。经过长时间激战，最后阿里不哥战败，率军远遁，逃往吉利吉思，就是叶尼塞河上游一带。忽必烈占领了都城和林，他留下宗王移相哥镇守和林，自己返回了开平。
阿里不哥经过休养整顿，恢复了元气，便又来争夺和林。阿里不哥耍了个花招，他遣使向移相哥通报，说愿意率众来归。移相哥信以为真，没有防备，被阿里不哥偷袭成功。
阿里不哥重新占领了和林，势力再次强盛。忽必烈此时关注的重心已经南移，和林失去了战略意义，而且物资匮乏，因而没有再来争夺。
在两兄弟内战当中，多数宗王贵族和朝中大臣都支持阿里不哥，但忽必烈有漠南汉地强大的经济实力做支撑，许多汉族士大夫为他出谋献策，他本人又有非凡的军事才能，因而逐渐占了上风。而和林地处漠北，经济基础薄弱，城中渐渐粮草不继。阿里不哥觉得留守和林意义不大，便率众西去。阿里不哥走后，忽必烈军队不战而收复和林。
阿里不哥率部在伊犁河领域游荡。伊犁河一带贫脊，破败不堪，阿里不哥的日子很不好过，势力逐渐减弱。
公元1264年，伊犁河领域遭受大灾荒，士兵没有吃的，饥饿难忍，纷纷逃离。阿里不哥走投无路，只好向忽必烈投降，兄弟相争宣告结束。两年之后，阿里不哥病死，有人说是被忽必烈毒死的。
在忽必烈和阿里不哥兄弟俩争夺汗位的时候，西征的旭烈兀正在返回的路上，他听说两兄弟打得你死我活，干脆学了拔都，留下不走了，在西亚建立了伊利汗国，自己做了大汗。
原先受到拖雷家族压制的窝阔台汗国和察合台汗国，见拖雷家族发生内讧，十分开心，乐得坐山观虎斗，并且从此不再听从蒙古大汗的命令，搞起独立来了。
曾经强盛一时的大蒙古国，因为一场内战，四分五裂了。