而另一汗位的有力競爭者旭烈兀正在用兵敘利亞各地時，得知蒙哥死訊，立即引兵東返，有意爭奪汗位。不料因路途遙遠，始終不及忽必烈手快，當他到達波斯後，得知忽必烈已經即位，並且與幼弟阿裏不哥發生了爭奪汗位的戰爭。旭烈兀感到自己即使回到蒙古，也沒有登上汗位的可能，於是幹脆留在了波斯，著意經營，打算就此占地為王。按照蒙古汗國的規定，波斯、西亞一帶的土地、子民是黃金家族的共同財產，須由大汗直接派人管轄。忽必烈與阿裏不哥鬥得熱火朝天之時，也擔心擁兵在外的弟弟旭烈兀會對自己造成威脅，於是主動派使者與旭烈兀協商，表示願意將隻渾河（阿母河）以西直到密昔兒（今埃及）邊境的土地全部劃歸旭烈兀。於是，旭烈兀公然表態支持忽必烈，強烈譴責阿裏不哥。旭烈兀由此被忽必烈任命為從隻渾河直到敘利亞和密昔兒境內的國王。旭烈兀自稱“伊利汗”（意為“從屬”之意），所建汗國稱為伊利汗國，其領土東起阿母河和印度河，西麵包有小亞細亞大部分地區，南抵波斯灣，北至高加索山與裏海。汗國最初定都於蔑剌哈（今伊朗阿塞拜疆馬臘格），後來定都於桃裏寺（今伊朗大不裏士）。
阿裏不哥兵敗後不久即病死，但蒙古這場爭奪汗位的內訌並沒有就此休止，反而有愈演愈烈之勢。阿裏不哥稱汗時，被封於海押立（現巴爾喀什湖東卡帕爾城附近）的海都（窩闊台第七子合失之子）也起兵相助。其實海都並非真心幫助阿裏不哥，他自己也有私心，他自認為是窩闊台嫡孫，有資格繼承汗位。最初汗位由窩闊台一係轉入蒙哥手中，海都已經大為不滿，因此忽必烈與阿裏不哥爭鬥時，他立即迫不及待地跳了出來，表示支持阿裏不哥。阿裏不哥投降後，海都抗拒忽必烈的召見，並且控製了察合台汗國，公然置忽必烈的命令於不顧。忽必烈最終被激怒，下令追收賜給海都的金銀符，同時派北平王那木罕率軍鎮守阿力麻裏（今新疆伊犁附近），以抵禦海都。但是，更大的叛亂發生了，隨同那木罕出鎮西北的蒙古宗王昔裏吉（蒙哥之子）、脫脫木兒（忽必烈弟歲哥都之子）、明理鐵木兒（阿裏不哥之子）等人將那木罕抓了起來，舉兵叛亂，甚至進犯和林，劫走了成吉思汗的大帳。西北和東北的蒙古宗王的叛亂，對忽必烈的統治一度構成了嚴重的威脅。忽必烈調南征大軍主帥伯顏（滅亡南宋之人）率軍北上，並親自帶病出征，經過激戰，才遏製住叛亂的攻勢。在忽必烈統治的三十多年中，奪位靖亂的軍事對抗一直沒有停息過，其中蒙古諸宗王的戰亂直到元武宗時才大體被平服。
就在忽必烈與阿裏不哥爭奪汗位最熾熱之時，中原地區也發生了一場針對忽必烈的政變——李璮事變。
李璮為金朝末年山東農民起義紅襖軍（以紅襖為標誌的農民起義軍）首領李全之子（一說養子）。宋寧宗時，李全在山東舉眾起義，反抗金人的統治。李全身手不凡，能使四十五斤鐵槍，外號“李鐵槍”。當時山東還有一支紅襖軍，以益都人楊安兒為首，聲勢很大。當時有個舟人曲成貪圖金人的賞錢，引金軍襲擊楊安兒。楊安兒倉促應戰，不慎掉入水中淹死，其餘部由他妹妹楊妙真率領，投奔了李全。李全娶楊妙真為妻，二人在亂世中結為夫婦。楊妙真是當時的奇女子，外號“四娘子”，又稱“姑姑”，精於騎射，武藝高強，擅使梨花槍，號稱“二十年打遍天下無敵手”，為後世武術家所推崇。宋嘉定十一年（1218年），李全率部投降宋朝廷，宋朝廷任命他為京東路總管。但李全並非有愛國情懷，完全是看到金國國勢衰微，出於個人利益考慮。他一麵火並其他紅襖軍，大量搜括、積聚財寶；一麵在南宋和金國之間遊走，互相要挾，以攫取高官厚祿。不過在此期間，他不斷率部騷擾金國邊境，對牽製金對宋的進攻起了一定的作用。當蒙古鐵騎南下進入山東後，李全同蒙古軍大小百餘戰，完全處於劣勢。他麵臨數十萬蒙古軍勁敵，不斷派人向宋淮東製置司求援。南宋朝廷不能審時度勢，想乘機除掉李全，竟然不顧大局，拒發援兵，還暗中策劃謀殺當時在楚州的楊妙真，楊妙真以女色、財物相誘，才得以脫身。李全被蒙古軍圍困在益都一年，糧馬食盡，軍民相食，益都軍民由數十萬減至數千。最後力盡計窮時，李全還南向焚香，打算自盡，最終還是在部將的勸說下，投降了蒙古。蒙古授李全為山東行省長官，從而完全控製了山東，南宋兩淮失去了最好的屏障。此後，蒙古多次要求李全協助攻伐南宋。宋紹定四年（1231年），宋將趙範、趙葵大破李全於揚州，當場殺死李全，宋軍由此收複淮安。李全妻子楊妙真率領殘部退回山東，承襲了丈夫的官職。不久，楊妙真死，李全之子李璮襲為益都行省長官，他擁兵自重，割據一方，但名義上仍然接受蒙古的統治，不斷以對抗南宋為名，擴充實力，積蓄力量。
趙範、趙葵均為名將趙方之子。趙方在宋寧宗時任京湖製置使（官名，掌籌劃邊境軍旅之事），屢敗金軍，他的兩個兒子趙範、趙葵後來均成長為一代名將。趙葵，字仲南，少年即跟隨父親在軍中效力。有一次，宋朝廷犒賞軍士，因賞賜太少，引起宋軍不滿。當時趙葵才十二歲，察覺到軍士不滿的情緒，立即站出來大聲叫道：“這不過是朝廷的賞賜，我父親還另外有獎賞。”一句話立刻穩定了人心，化解了將士的不滿。趙葵每次遇敵，便與將士一同披甲上陣，親自深入敵陣殺敵。他的部下見主將如此奮不顧身，無不奮勇攻戰，因此他的軍隊總能獲勝。趙葵工於詩文，善畫墨梅，其戎馬生涯餘暇，專為梅寫真。注重寫實，蒼枝老幹，杈芽突兀；造景幽深恬靜，繁葩疏蔭，幽妍芳潔。其傳世名作《杜甫詩意圖》是以杜甫名句“竹深留客處，荷淨納涼時”為題，描繪江南水鄉修竹、風荷的清幽景色，筆墨精美，現藏於上海博物館。
寶祐六年（1258年）春，蒙古大汗蒙哥分兵大舉入蜀，召征李璮之兵南征。李璮為了避免自己的實力遭到削弱，以益都為南北衝要、兵不可撤為由，拒絕出兵從征四川。於是，蒙哥改遣李璮從山東南下，進攻宋東海一線，與攻取荊山（今安徽懷遠）的塔察兒共同牽製兩淮。李璮發兵攻漣水，不克，改攻通（今江蘇南通）、泰二州，不久，攻破海州（今江蘇連雲港）。宋樞密使、兩淮宣撫使賈似道為此引咎自責。但李璮出兵東海，隻是為了敷衍蒙哥，逃避從征巴蜀，到達目的後，很快退回山東。
宋景定元年（1260年），蒙古忽必烈與幼弟阿裏不哥之間為爭奪汗位而爆發戰爭。忽必烈為了穩住李璮，對其“挾敵國以要朝廷，而自為完繕益兵計”隱忍不發，還加封他為江淮大都督。但李璮野心勃勃，終究還是按捺不住，趁忽必烈全力抗禦阿裏不哥之機，於宋景定三年（1262年）二月初三舉兵反叛。反叛前兩天，李璮匆忙與南宋朝廷聯係，以獻漣水、海州（今江蘇連雲港）、東海（今江蘇連雲港南）三城約降，殺蒙古戍兵，從海州泛海還攻益都，進據濟南。
當時，李璮還寫下了《水龍吟》一詞：
腰刀首帕從軍，戍樓獨倚間凝眺。
中原氣象，狐居兔穴，暮煙殘照。
投筆書懷，枕戈待旦，隴西年少。
歡光陰掣電，易生髀肉，不如易腔改調。
世變滄海成田，奈群生、幾番驚擾。
幹戈爛漫，無時休息，憑誰驅掃。
眼底山河，胸中事業，一聲長嘯。
太平時、相將近也，穩穩百年燕趙。
躊躇滿誌，溢於言表。顯然，他認為他此次能夠一舉成功，實現“胸中事業”。