为了能够集中兵力一举击败阿里不哥，忽必烈即位后马上派遣郝经为国信使，前往南宋议和，以减轻南边的军事压力；随后又在宋、蒙边地开立互市，约束守边诸将“以方遣使修好”，不得任意对宋境进行抄掠。在调齐物资和军队后，忽必烈马上开始了对阿里不哥的军事行动。
一、陕、川争夺战
宪宗蒙哥南下征宋时，阿里不哥留守和林，掌管蒙古各部，所以他能够很快调集蒙古军，形成支持他漠北称汗的基本武装力量。此外，阿里不哥还希望夺得原来由蒙哥率领的征宋军队的控制权，因为这支军队是由蒙古各部中抽调出来的精锐兵士组成。蒙哥死后，札刺儿部人塔塔儿台“护灵驾赴北”①，“辎重北归陕右”②，整支军队名义上由忽必烈的同父异母弟穆哥（一译木哥）和蒙哥之子阿速台掌管。两人意见相左，穆哥愿意从属于忽必烈，阿速台则愿意依附阿里不哥，并赶到和林参加了推举阿里不哥为蒙古大汗的忽里台（大会）。征宋军的蒙哥军主力在哈刺不花和浑都海的率领下已经北撤到六盘山驻扎，其他“征南诸军散处秦、蜀”。阿里不哥很快就委派阿蓝答儿南下掌管在六盘山等地的军队，“完全依靠他来掌握军队，使军队不致流散”③。忽必烈也不示弱，先派出八春、廉希宪、商挺、赵良弼等人赶往陕、川，安定人心，争取各军归属，随即派窝阔台后王合丹和东道蒙古宗王合必赤等率领军队西来，作为争夺陕川的军事后盾。赵良弼最先抵陕，向忽必烈报告：“宗王穆哥无他心，宜以西南、六盘悉委属之。浑都海屯军六盘，士马精强，咸思北归，恐事有不意。”④他还认为，“刘太平、霍鲁怀已行尚书省，拘收关中诸处钱谷，名为应接川蜀，实欲据有其地，与六盘相为表里，其势张甚”；“总秦、川蒙古诸军”的“四川大帅纽璘一军私属与六盘密迩，其副将乞台不华亲戚军属并在北庭，其心皆不可测。又闻阿里不哥已分遣心腹易置诸将，又散金帛分赉将吏”，只有成都帅百家奴（耶律秃花后人）、万户刘黑马和掌巩昌兵马的汪惟正、汪惟良兄弟“蒙被德惠，俱悉心俟命”。待廉希宪、商挺到关中时，“六盘之兵已应和林”，杀死忽必烈所派招抚使臣，“又分遣人乘急传入成都密里霍者、青居乞台不华，各起军马来赴援。又多遗蒙古军奥鲁官兀奴忽等金帛，使尽起新军，且约太平、霍鲁怀同时举事”。纽璘军奥鲁官二人也将举兵应浑都海，纽璘自己则准备移营北上，形势对忽必烈一方
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①《元史》卷一一九《木华黎传》。
②危素：《故翰林学士承旨耶律公神道碑》，《危太朴续集》卷二，刘氏嘉业堂刻本。
③《史集》第2卷，第291、294页。
④《元史》卷一五九《赵良弼传》。
极为不利。商挺分析了当时的形势，指出“为六盘策有三：选锋乘虚直捣京兆，上也；恃财聚兵，观衅走利，中也；重装北赴，归重和林，下也”，并认为聚集在六盘山的军队必用下策，所以需要先安定陕、川诸军，逼浑都海北走。于是廉、商、赵等人先使刘黑马、汪惟正掩捕刘太平、霍鲁怀，袭杀密里霍者和乞台不华等人，安定了纽璘军奥鲁，并动员汪惟良发兵1.5万人出征；“又摘蜀卒践更及在家余丁，复得兵四千人”，由八春统率西行，其意只在虚张声势，使浑都海兵不敢东进。哈刺不花、浑都海闻知关中有备，果然率军西渡黄河，径趋甘州，与阿蓝答儿所率南下军会合。哈剌不花不愿意东返，与阿蓝答儿意见不合，引属部北去，阿蓝答儿与浑都海合军东出，击败关中诸将。当时已经有人建议放弃两川，退守兴元，廉希宪等坚决反对口他们汇集合丹、合必赤、汪良臣、八春等军与阿蓝答儿军在姑臧决战，杀死阿蓝答儿、浑都海，其残兵北遁，忽必烈一派取得了决定性的胜利。①蒙哥原来统率的南下征宋军队，除一部分随哈刺不花越天山返回窝阔台汗国封地外，大多归属了忽必烈。
二、忽必烈进军和林与昔木土之战
进占和林 中统元年（1260年）七月，忽必烈亲率大军北征和林。东道蒙古宗王也先哥率先锋军击败旭烈兀子出木哈儿和术赤孙合刺察儿所部军队。和林因运输中断，粮饷不继，发生大饥荒，阿里不哥所集军队溃散，阿里不哥本人遂率众西退至谦州（今叶尼塞河上游南）驻营，遣使与忽必烈议和。忽必烈同意议和，留也先哥率军守和林，自回开平。
昔木土之战 中统二年秋，阿里不哥发兵突袭也先哥军，也先哥因阿里不哥已遣使议和，表示归顺，毫无准备，属下军队溃
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①《元朝名臣事略》卷七引高觿撰《廉希宪家传》，卷一一引元明善撰《商挺墓碑》。《元史》卷一二四《塔塔统阿传》。
败，阿里不哥占领和林，随即率师南下，矛头直指忽必烈的漠南驻地。忽必烈闻讯后，急命塔察儿等东道宗王调军出征，同时将张柔、邸浃、王文干、解诚、张荣实、严忠嗣、张宏等汉军万户军调至燕京，与京城武卫军和蒙古各千户军会合北上。十月，忽必烈亲自北上指挥作战，将军队分为三路，合丹率右军，塔察儿率左军，合必赤将中军。十一月，两军相遇于开平之北的昔木土脑儿，展开激战，阿里不哥军大败，部属多降附于忽必烈，阿里不哥北遁。
三、阿里不哥败降
阿里不哥为增强自己的力量，曾派遣察合台后人阿鲁忽回到自己的领地去征招人马和筹措军需物资。阿鲁忽很快征得了数万骑兵，控制了察合台封地全境。当他看到阿里不哥大势已去后，即杀掉阿里不哥派来的求援使者，宣布归附于忽必烈。阿里不哥发兵攻阿鲁忽，阿鲁忽战败，退往撒麻耳干。忽必烈乘他们交锋之际，派军占领了和林，使阿里不哥处于东西两面夹击之中。至元元年（1264年）正月，阿里不哥在漠北无法立足，不得不率残余部众向忽必烈投降。经过4年的斗争，漠北与中原地区又归于一统，忽必烈成为蒙古各部承认的大汗。
