一、乃颜等东道诸王叛乱的平定
忽必烈即位时，得到了以塔察儿为首的东道蒙古诸王的支持。作为回报，忽必烈除每年颁发给东道诸王大量的银、钞等赏赐外，还给予了他们治理辽东、兼控高丽的权利。随着西道蒙古诸王叛乱活动的加剧，忽必烈加强了对东道诸王的防范，逐步限制诸王的权利，并在东京设立行省，委派亲信大臣前往，监视诸王的行动。以塔察儿孙乃颜为首的东道蒙古诸王不满朝廷的作为，乃决计沟通海都等西北叛王，同时起兵，摆脱忽必烈的控制。元廷与东道诸王的战争已无可避免了。
防范东道蒙古诸王叛乱的军事准备 至元二十一年(1284年)，北京宣慰使亦力撒合等密报朝廷乃颜“有异志”，请求预为准备。二十三年二月，忽必烈以辽东诸王所部杂居，原有的宣慰司不足以控制，乃设立东京行省，以阔阔你敦、塔出、杨仁风、亦力撒合等为行省长官，秘密调集军用物资与粮草，准备大军出征。二十四年二月，乃颜派遣使者在东道各部征兵，忽必烈一面敕谕节制诸军的诸王阇里铁木儿等不得发兵，一面派同知枢密院事伯颜前往乃颜驻地，察看虚实，同时调集京城的侍卫亲军，准备出征。乃颜欲设宴拘捕伯颜一行，伯颜察觉后脱身返朝告变。其后不久，驻守阿勒台山的钦察卫都指挥使土土哈等发现在漠北驻军的哈赤温后王胜纳合儿、阔列坚后王也不干等准备与乃颜一同起兵，乃发奇兵疾驰七昼夜，渡过土拉河，偷袭也不干军，将其军击溃，也不干率残众东逃。元军剪除了东道叛王在漠北驻军中的势力，隔断了东、西道叛王之间的联络通道。
乃颜叛乱的平定 至元二十四年四月，乃颜汇集也不干、失都儿（哈撒儿后王）、哈丹（哈赤温后王）、胜纳合儿等诸王的军队，公开举兵叛乱。五月，忽必烈遣忙兀部的博罗欢率领从五投下征调的军队先行，玉昔帖木儿等率军随后接应，忽必烈则自率扈从卫军由上都亲征，以范文虎等率部分卫军驻守平滦，防止叛军偷袭京城。六月，博罗欢军进至撒儿都鲁（内蒙古奈曼旗南什喇陀罗海），与乃颜部将塔不台军相遇，两军皆为蒙古军，多有戚属在对方军中，对阵中往往“立马相向语，辄释仗不战”，又值久雨，元军乏食，诸将请求退军，博罗欢不从，督军力战，不能取胜。塔不台等率军进逼忽必烈所在的中军，忽必烈命李庭、董士选等督汉人卫军以“汉法”迎战，扈从忽必烈的怯薛也投入战斗，经过苦战，将塔不台军击败。元军继续北进，在不里古都伯塔哈之地（在哈尔哈河与讷墨尔根河交汇处的三角地带）与乃颜军主力相遇。乃颜军号称10万，以车环卫为营。忽必烈麾军在火炮掩护下发起进攻，乃颜军被击溃，乃颜被擒杀，元军占领乃颜的昔刺斡耳朵。七月，失都儿率军进犯咸平，元军早在豪州、懿州、沈州一线加强了防备，塔出、亦力撒合等分兵进击，败失都儿军，哈丹等率余党北逃。忽必烈留玉昔帖木儿、博罗欢等军继续肃清残敌，自率军于八月返回上都。失都儿、哈丹、塔不台等均以势穷而先后投降。
啥丹再叛的平定 至元二十五年（1288年）初，驻于哈刺温山（今大兴安岭）附近的诸王火鲁火孙等举兵叛乱，哈丹等乘机再起，与其联合。三月，忽必烈命玉昔帖木儿、博罗欢、李庭等与土土哈分军进讨叛军。四月，以皇孙铁穆耳督率出征各军。元军与叛军在辽东、辽西反复作战，历时两年，将叛军大部分消灭。哈丹于至元二十七年逃入高丽境内，元军在双城、婆娑府一线设防，扼制哈丹西出之路。不久，元军入高丽作战。二十八年，元军杀哈丹子老的，哈丹势穷自杀，东北诸王的叛乱被彻底平定。
二、抵御西北叛王的战争
平定东道诸王叛乱的战争，前后只历时4年。与西道叛王的战争，则持续了将近30年。
西道叛王内乱 至元十六、十七两年，元军在漠北连续出击，打败脱脱木儿、昔里吉军，占领谦州等地。至元十八年，诸叛王因相互救援不力产生内讧，脱脱木儿叛昔里吉，转奉撒里蛮为主，药木忽儿不从，击擒脱脱木儿，送至昔里吉处处死，撤里蛮则被囚送于术赤后王火你赤处。后撒里蛮被部众劫回，整军击败昔里吉、药木忽儿军，擒二人送往大都，药木忽儿中途逃脱，昔里吉被忽必烈流放海南岛。蒙哥、阿里不哥后王的叛乱，到至元二十年被平定。
加强西北防务 昔里吉等人的叛乱，给察合台、窝阔台后王扩充势力范围造成可乘之机，笃哇、海都等率军占领阿力麻里，骚扰天山南北。为控制西北局势，忽必烈在漠北出军攻击昔里吉等叛王的同时，命李进、綦公直、阿老瓦丁、刘恩、兀浑察等率军分驻于别失八里、忽炭、可失哈耳等地，准备迎击海都、笃哇的进攻。从至元十五年到十八年，调到这一地区的元军已达十余万人，由阿只吉节制诸军。
斡端、火州等地失守 至元十八、十九年，海都军不断进犯斡端，守将刘恩等终因众寡不敌，率军退走。二十二年，海都、笃哇击败阿只吉军，兵围火州，亦都护火赤哈儿的斤率众坚守6个月，笃哇索取亦都护之女解围而去。第二年，海都等在洪水山（今新疆呼图壁县西南）再败元军，擒綦公直、李进等人，乘胜进占哈密力，亦都护火赤哈儿的斤战死，彰八里、别失八里、火州等重镇都先后陷落。
畏兀儿之地相持 元军受重创后，忽必烈命伯颜代阿只吉总军，改变作战方略，放弃对可失哈耳、斡端一线的争夺，集中兵力于畏兀儿之地，力保天山南北一线。海都、笃哇等军不得不退出别失八里、火州、哈密力等地，但仍在附近地区不断骚扰，战争进入胶着状态，交战双方都把注意力暂时转向了漠北。
漠北腹地的争夺 至元二十六年（1289年）六月，海都军在杭海山大败元军，乘胜进占和林。七月，忽必烈调集安童、伯颜、玉昔帖木儿、李庭等所统蒙古军、汉军，亲征海都，海都闻讯后率军远遁。闰十月，忽必烈率主力返回大都，留伯颜在和林主持军务。伯颜采取谨守边陲的方略，加强在和林、称海一线乃至畏兀儿地的防务，并不主动出击。这种作法遭到朝内大臣的非议，忽必烈乃于至元二十九年命玉昔帖木儿代伯颜总军于漠北。玉昔帖木儿至和林后，马上调集军队出击。元军很快向按台山的海都军发起进攻，取得胜利。第二年，元军攻入谦河流域，占领益兰州等地，控制了吉尔吉思各部。海都等虽多次来争，均被元军击败。到忽必烈去世时，海都的势力已被逐出按台山之外，笃哇的势力被扼制在火州、别失八里之西，抵御西北叛王的战争取得了不少的战果。
海都败死 成宗即位后，以阔阔出和驸马阔里吉思等驻防西北，继续进攻叛王。元贞二年（1296年），药木忽儿等人率部投降元廷。大德二年（1298年）冬，笃哇率军偷袭在按台山驻守的元军，阔里吉思兵败被俘。次年，成宗派海山至漠北总军，取代阔阔出。大德五年，海都、笃哇率察合台、窝阔台系后王40余人合军东进，与元军决战，先败于迭怯里吉（今蒙古国吉尔格郎图西），后败于合剌合塔之地。海都集溃军西退，在路上得病死去，子察八儿继掌窝阔台汗国。
西北叛王请求议和 大德七年（1303年）七月，笃哇、察八儿等人因战争消耗太大，已无力再与元廷抗争，“遣使请息兵”。八年九月，双方达成和议。不久后笃哇与察八儿之间发生冲突，西北镇戍的元军支持笃哇等察合台后王。大德十年夏，海山率军越按台山突袭，大败察八儿军。察八儿等率残众投奔笃哇，笃哇乘机兼并了窝阔台后王的领地，窝阔台汗国从此不复存在。当年，笃哇死，成宗封其子宽彻为汗，察合台汗国成为元廷的藩属。
