暂时休战后，阿里不哥又面临经济窘迫的难题。
这两年来，老天不作美。阿里不哥领地里的收成不好。于是，他便狮子大开口，向阿鲁忽索要更多的军粮。
但这时，阿鲁忽却不想被阿里不哥继续勒索了。
而且，从双方交战的情况来看，阿鲁忽认为阿里不哥的胜算很低。
于是，他不但软禁了阿里不哥的使者，反而转头向忽必烈表示臣服。
对此，忽必烈自然是喜出望外，下诏正式承认阿鲁忽在察合台汗国的统治权。
而阿里不哥这边，听到阿鲁忽变节后，大怒。他决定出兵讨伐阿鲁忽。
一是要彻底占据其领地，把它变成自己的后勤基地。二是要维护自己的威望。
1262年初，阿里不哥率十几万大军向西，朝察合台汗国进军。
与此同时，忽必烈也集结大军北上，进攻阿里不哥的都城哈拉和林。
阿里不哥此刻已决定不要自己的老巢了，换个地盘发展，根本不留守军。
忽必烈第二次在兵不血刃的情况下，夺取哈拉和林。
占领漠南之后，忽必烈并不急于追击阿里不哥。他想等阿里不哥和阿鲁忽两败俱伤之后，再动手也不迟。
但就在这时，忽必烈的后院也起火了。
忽必烈的江淮大都督——李璮在山东、江苏一带拥兵自重，反了他。同时，南宋朝廷也趁机北伐，收复了不少旧地。
忽必烈已无暇理会阿里不哥，决定挥师南下，命右丞相史天泽负责全力平反。
1262年7月，李璮兵败被杀。
不久，南宋刚收复的旧地又沦落于敌手。
与此同时，察合台汗国这边，阿鲁忽也兵败，被迫逃亡。
阿里不哥占据了察合台汗国。
第四阶段，忽必烈、阿里不哥这两兄弟各自平乱。阿里不哥换家。
到了1263年的夏天，这时的阿里不哥带领大军进入察合台汗国已经有一年的时间。
然而，在过去的一年里，阿里不哥得不偿失。
自从阿鲁忽跑路后，阿里不哥在察合台汗国内，对阿鲁忽的残余势力进行了血腥的清洗，并对封地内的人民进行横征暴敛。
他过度的盘剥，导致察合台汗国里的人民起义不断涌起。
对此，阿里不哥进行了更加血腥的镇压。
阿里不哥的暴行，让他许多手下大将对他心生不满。
这一年，他确实得到了更多的粮食和财富，却失去了军心和民心。
阿里不哥的许多手下相继离他而去，有些东归投降了忽必烈，有些甚至归附了阿鲁忽。
阿里不哥渐渐日薄西山。
而这时的忽必烈早已平定了内乱，恢复了元气，开始腾出手来对付阿里不哥。
他在哈拉和林布下重兵的同时，率主力西移，准备进攻阿里不哥。
随着将士们纷纷倒戈，此时的阿里不哥已经没有实力再和忽必烈抗衡了。
1263年10月，穷途末路的阿里不哥迫于忽必烈的兵锋，只能再次北逃，回到大后方——谦谦州。
听闻消息后的阿鲁忽，又收拾残部，重返伊犁河畔，将察合台汗国复国。
而忽必烈则兵分多路，继续朝漠北进军。
但他并不打算强攻，而是将谦谦州进行封锁，切断阿里不哥的粮道。阿里不哥做了几次尝试，都不能突破封锁线。
1264年8月，经过三百个日夜的煎熬，山穷水尽的阿里不哥终于妥协了。
他自行取消了大汗和皇帝的称号，亲自向忽必烈请降。
经过审判，忽必烈将阿里不哥的重要手下全部处死。其本人自请降之日起，也被幽禁起来。
几年后，郁郁寡欢的阿里不哥病逝。
最后一个阶段，这场长达五年之久的内战终于以忽必烈的胜利，落下帷幕。
自从忽必烈和阿里不哥这对亲兄弟开启内斗起，其他三系的掌权人和托雷系的旭烈兀，也先后在自己的封地上宣布自立，从大蒙古国中分离出来。
1271年，忽必烈采纳刘秉忠的意见，取《易经》中“大哉乾元”之义，将国号由“大蒙古国”改为“大元”，从大蒙古国皇帝变为大元皇帝。
忽必烈建立了大元帝国。
而同时，原先的大蒙古国正式不复存在，分裂成为五个国家。
分别是托雷之次子——忽必烈建立的大元帝国，术赤之子——拔都所建立的金帐汗国，察合台所建立的察合台汗国，窝阔台之孙——海都所建立的窝阔台汗国，托雷之三子——旭烈兀所建立的伊利汗国。
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