正在忽必烈等人积极组织力量，进行统一战争的时候，西北边疆发生了蒙古宗王反叛事件。
忽必烈采取蒙古宗王互相牵制、诸子出镇等措施，缓和了宗王和皇帝的矛盾，使边疆地区暂时稳定了下来。但是，问题并没有最后解决，握有军队的东、西道蒙古宗王随时可能发难，掀起反对朝廷的叛乱。要想彻底解决这一问题，只能是全部剥夺宗王的军队和封地，这在当时的历史条件下显然做不到，忽必烈也认识到了这一点，只是在尽力延缓蒙古宗王公开叛乱的步伐，没有采取过激的彻底削夺藩王的措施。虽然如此，一些心怀不轨的蒙古宗王还是勾结起来，利用朝廷军队大举南下、后方空虚的机会，公开举起了叛旗。
至元十三年（1276年）秋，忽必烈侄脱脱木儿首先率部叛乱，昔里吉、明里帖木儿等起而响应，拘捕出镇北边的北平王那木罕和安童等人送往海都处。他们希望东、西道宗工·同起兵反对忽必烈，海都和东道宗王不从，昔里吉等叛王乃进占和林，准备与忽必烈较量。十四年春，昔里吉等分道东进。四月，在应昌的弘吉剌部首领只儿瓦台举兵响应叛军。忽必烈急调在京城周围的军队出征，由宗土伯木儿、彻彻都和博罗欢、土土哈等人率领，分头堵截叛军，擒获只儿瓦台。七月，忽必烈命伯颜带领从江南调回的军队北征。八月，双方对峙于斡耳寒河，伯颜等乘对方松懈发起突然攻击，叛军大败，昔里吉等仓皇逃走。当年冬，南平王秃鲁在六盘山发动叛乱，也很快被安西王所部平定。十五年，元军继续北上、西进，重占和林，再次击溃叛军，昔里吉败走也儿的石河，脱脱木儿逃往吉儿吉思。次年，元军收复谦州。
脱脱木儿、昔里吉等叛王的势力，很快被元廷遏制在西北一隅，败局已定，但是他们的分裂活动，造成了极恶劣的影响。原来西北地区的均势被打破，给窝阔台、察合台后王扩允势力范围创造了有利条件。东道蒙古宗王也出现了反对朝廷的苗头。反对蒙古宗王的分裂活动，已经成为元廷面临的重大问题。忽必烈在灭宋战争结束之后，立刻着手解决这一问题，详情见后述。
