海都、昔里吉之乱诸王之乱是困扰元朝的几大难题之一，这是蒙古汗国的诸王分封制度、幼子守灶制度、库里台选汗制度遗留的恶果。每个黄金家族的男子，只要有一定能力，都以为可以被推举为大汗，至少可以多得到一些权力。而分封制又使之得到了部分土地、百姓、财富和军队，从而为其兴兵叛乱提供了条件和可能。而北方诸王，又对忽必烈用汉人、行汉法一直抱着对抗的态度，因而诸王叛乱在整个元代都是一个难以解决的问题。
至元六年（1269），当忽必烈南下灭宋的关键时刻，海都与察合台后王八剌、术赤后王忙哥帖木儿，大会于塔剌思河上，结成联盟，准备共同对付伊儿汗国。约定得手后，三分河中地区，三分之二归八剌，三分之一归海都和忙哥帖木儿。并派遣使者至上都，质问忽必烈：“本朝旧俗与汉法异，今留汉地，建都邑城郭，仪文制度遵用汉法，其故何如？”甚至提出，忽必烈若不改弦更张，他们将联合起来对其进行讨伐。后来八剌进兵阿姆河，海都等违约未至，八剌被伊儿汗国阿八哈可汗打败，含恨而死。海都乘机吞并了八剌的势力，从此成为雄踞漠北的一大势力，企图将蒙古汗国的大汗之位从拖雷系手中夺回到窝阔台系。正是为了对付海都，忽必烈诏皇子北平王那木罕驻军阿力麻里。那木罕打败了察合台汗的军队，海都乘机援立八剌之子都哇为察合台汗国可汗，其力量进一步加强了。
至元十二年（1275）正月，朝廷下令追缴海都和八剌的金银符印，取消其宗王资格。但同时又派贵族昔班为使者，劝海都罢兵，海都不予理睬。不久，诸王火忽叛变，与海都联合，南疆一带，几乎尽为叛王所有。那木罕不断从阿力麻里派急使入朝，马可波罗像（选自《图说北京史》）
希望朝廷迅速调兵遣将，进行北征。同年，马可波罗叔侄从西方的威尼斯来到元大都，他们经过海都占据的阿力麻里城，带来了那木罕的亲笔信件，还带来了更为可怕的消息。据马可波罗说：“海都共有6万骑兵，其部众皆善战之士，训练有素，号令专一，赏罚信明，部队勇于作战。”年轻的那木罕根本不是海都的对手，建议忽必烈派老将前往。忽必烈认为，漠北是本朝的根本之地，不能落到叛王手中，于是采取先南后北的策略，命伯颜领兵迅速攻克临安，灭掉宋朝。同时派右丞相安童辅佐那木罕，共守北边。
至元十三年（1276）夏，随从那木罕北征的蒙哥之子昔里吉、阿里不哥之子明理铁木儿、玉木忽儿以及曾经叛降过诸王的蒙军将领脱里帖木儿等发动叛乱。他们奉昔里吉为主，拘系那木罕，捕安童送于海都处。忽必烈调南征军主力北上，汉军都元帅阔阔带、李庭，大将阿术、相威等大败叛军；伯颜、土土哈在鄂尔浑河畔大破昔里吉军，收复了和林。后来，叛王内部发生分裂，伯颜大军又加强攻势，从叛诸王无以自存，先后于至元二十年（1283）归降朝廷。
乃颜之叛乃颜是成吉思汗幼弟帖木哥的玄孙，东道诸王首领塔察儿之孙。他继承了帖木哥和诃额仑夫人的份地和塔察儿的封地，占据了东北大部分地区。其国土占东道诸王领地的十分之九，军队号称12万，军力强盛，一直不肯向忽必烈称臣，一心要自立为大汗，于至元二十四年（1287）发动叛乱。其他东道诸王哈赤温后王纳合儿、合丹，哈撒儿后王失都儿，以及成吉思汗庶子阔列坚后王也不干等都参与了这次叛乱。他们还与海都等西北诸王联络，构成了对元朝中央的严重威胁。忽必烈不顾70余岁高龄，决定御驾亲征。他先派钦察名将土土哈进军土拉河畔，肃清了也不干等叛王；又派伯颜进驻和林，切断乃颜与海都的联系；同时派出使者做东道诸王的工作，劝说他们与乃颜解除联盟。元代疆域图（选自《大汗的世纪》）这年五月，忽必烈自上都出发，亲率40万蒙汉大军，带病亲征乃颜。乃颜听说忽必烈御驾亲征，急忙命令军队退至撒儿都鲁一带，在那里集结兵力，准备与忽必烈决战。乃颜是一位基督徒，他的旗帜上绘有十字架。他有12万兵马，号称40万，以战车环卫为营。忽必烈令汉军以步兵持长矛，在炮火掩护下发起进攻。双方炮火连天，箭矢如雨，喊杀声惊天动地，士兵、战马死伤累累。马可波罗记录了当时战场的情况：“由是双方部众执弓弩骨朵刀矛而战，其迅捷可谓奇观。人们只见双方发矢蔽天，有如暴雨。双方骑卒坠马而死者为数甚众，陈尸满地。死伤之中，各处声起，有如雷震。”结果，乃颜兵败被杀。乃颜余党合丹等继续北逃，流窜辽东、辽西、高丽间，皇孙铁穆耳与土土哈、李庭等率军进击，至元二十八年（1291）将其最后消灭。