1260年秋，阿里不哥兵分两路，大举南下。
忽必烈跪了一夜，他祈求长生天保佑，保佑什么呢？此时的忽必烈脑子乱成了一团麻，愤怒和迷茫交织在一起。在历史上，为了争夺皇位，父子相争、骨肉相残的事太多了。不说唐朝皇帝，就是他黄金家族又何尝不是呢？窝阔台为了巩固自己的汗位，欺骗了爱他的弟弟、自己的父亲托雷喝下了有毒的符水。蒙哥当上大汗以后，却把拥戴他的弟弟，一奶同胞的亲兄弟看成是他汗位的最大威胁，听信谗言，以钩考为名，险些要了自己的命。明天自己又要讨伐亲弟弟……难道兄弟相残，真的也要在自己和阿里不哥之间上演吗？
打，将是兄弟残杀，发生内战，大漠将笼罩在血雨腥风中；不打，一天不能有二日，势必引起汗国分裂。阿里不哥呀阿里不哥，你为什么一定要跟二哥作对呢？为什么不能像我辅佐蒙哥大汗那样辅佐我呢？
忽必烈想到这里，不觉潸然泪下。这些天来，虽然忽必烈收到的都是好消息：浑都海被歼、旭烈兀把阿里不哥的使者赶出门去……然而，这些都无法扫去他内心的苦痛与迷茫。毕竟，面对的是自己的亲弟弟呀，决不能像对待敌人那样对待自己的亲弟弟。
流火的七月，忽必烈的心情却像冬天一样寒冷。
当阿里不哥率大军南下，向忽必烈兴师问罪之时，忽必烈还是决定亲自出征，去教训一下这个不太听话的弟弟。
出征那天，天气晴朗，万里无云，灿烂的朝霞把开平城染成橘黄色。
惊天动地的鼙鼓声，震得人们胸口发颤。忽必烈的大纛旗和各色牙旗迎风招展。大旗下，忽必烈跃马走在队伍的最前头，在他身后，是长长的队伍。车辚辚，马萧萧，无数的铠甲，在晨光的照耀下，闪闪发光，耀人眼目。大道上，尘土飞扬，遮天蔽日，如一条土黄的飞龙，绵延向北游动。
忽必烈大军迤逦前行，早有探子报告阿里不哥。阿里不哥即扎下大营，派遣伊利汗国旭烈兀子主木忽儿、钦察汗国术赤汗的孙子合拉察儿统率大军，迎击忽必烈。
忽必烈在距阿里不哥不到三十里的地方扎下营寨。两军遥相对峙，虎视眈眈，杀气逼人。
忽必烈御帐内，各宗亲王爷，各肱骨大臣，济济一堂，他们在研究着如何决战四王爷。
移相哥首先问道：“陛下，阿里不哥这次派出的兵马听说是伊利汗国大汗，您的三弟弟旭烈兀的儿子主木忽儿和钦察汗国术赤汗的孙子合拉察儿统领，不是说这两个汗国把阿里不哥的使者赶出了门去，怎么现在还派兵攻打我们？”
塔察尔也问道：“大汗，对于他们我们该怎么打？”
忽必烈说道：“打，一定要狠狠地打，先给他们一个下马威。不过，既然伊利汗国和钦察汗国都已经表示支持我们，我想这一定是那小子玩的阴谋。他想先把这两位王爷放在前面打头阵，造成伊利汗国和钦察汗国两个国家对他的支持和拥护的局面。事实上，这两国的真正主人是不支持的，我们一方面要坚决打击他们，让他们尝尝我们大元帝国打击的滋味，给他们留下点记性，另一方面我们还要派出特使，快速通知这两个国家，让他们召回他们这些不懂事的孩子。各位在战场上可要注意保护这两个无知的马驹子呀！”
“请陛下放心！”众将齐声答道。
合必赤说道：“几十万大军集中起来，后勤供应是个大问题，漠北地区粮食供应皆出自中原，我们应封锁边线，切断漠北的物资供应，拖垮敌军。”
“准奏，敕令川陕、漠南、燕京边关，自今日始，关闭一切对草原的通商贸易口岸，严格控制进出口粮食、布匹、钢铁等作战物资，违令者，斩！”
忽必烈亲自派兵点将，敕令移相哥、董文炳为前部先锋，合丹、驸马腊真、万户忙兀为右军，塔察尔与史天泽等为左军，合必赤为中军，三路并进，共十五万人马，于巴希乞迎战阿里不哥。
两军对垒，旗猎猎，鼓隆隆。大纛旗下，忽必烈注视着对方的战阵，他没有立刻下达进攻的御令，而是先让部下向主木忽儿和合拉察儿通报了伊利汗国和钦察汗国大汗支持忽必烈称汗的信息，然后对他们大声地说道：“你们是我的子侄，蒙古的战刀是抹上敌人的脖子的，是用敌人的血喂饱的。你们听信谗言，助纣为虐，卷进这场纷争当中，实在是不明智的选择。奉劝你们尽快迷途知返，回到你们自己的汗国，你们的父兄等着你们这些迷途的羔羊回返。快快回去罢，帮助你们的父汗开创宏伟的基业！”
主木忽儿和合拉察儿一听，大怒道：“呸！谁不知道蒙古大汗应该是阿里不哥的。你作为哥哥，竟然与弟弟争抢，还有什么资格说我们。我们兄弟路见不平拔刀相助。废话少说，若是打败了我们，我们自然各自回家；若是打不败，趁早让出汗位，让阿里不哥汗承继大统。”说罢，便率军掩杀过来。
忽必烈见劝说无效，便命移相哥带领中路大军先迎了上去。霎时，巴希乞草原便天昏地暗，地动山摇，战鼓声、马嘶声，喊杀声、呻吟声，响成一片，整个战场尘土飞扬，血雨腥风，刀光闪闪。
看到势均力敌，忽必烈马上吩咐左右两路包抄上去，从两翼投入战斗。正在紧张厮杀的主木忽儿部怎能抵挡三面的强势进攻，首先向后溃退。一看有人逃跑，右路的合拉察儿也无心恋战，于是整个大军便像溃坝的洪水一样，没命地向后溃败。这时阿里不哥带兵刚刚赶到，看到前面潮水般退却的队伍，想阻挡也没有办法和能力阻挡了。于是，这支部队竟然还没有参战，就被败军裹挟着一起逃窜。忽必烈乘胜带兵掩杀，阿里不哥不敢恋战，连和林也不敢进，最后一直退到由他继承的拖雷封地吉里吉思。
忽必烈沿着帖里干道，一路猛追猛打，顺利进至和林。其时约在当年初冬。当时和林城残破，再加上已经封锁边关，切断了漠北的粮食供应，因此，忽必烈下令停止追击，采用拖的办法，让阿里不哥弹尽粮绝，自动上门投降。于是他便留下移相哥驻守和林，自己则因挂念汉地政局，冒严寒穿过沙漠南返。
朔风呼啸，声如狼嚎，那风的气势像是要把这漠北的一切生灵吹走，只留下一个光秃秃的世界。撑起的蒙古包用生牛皮绳子牢牢地固定在地上，在茫茫的风雪中，竟然也显得有些动摇了。退守吉里吉思草原的阿里不哥决定把他的老底——留守按旦河老营的最精锐铁骑，蒙哥汗留下的禁卫亲军，以及其他可以调用的兵马全都调来，与忽必烈决一死战。但是，摆在面前的是意想不到的困难，军中粮食匮乏。由于南面封锁边关，切断了他们的物资供应，无法供应十几万人的庞大兵力，后勤供应成为最大的问题。在如此酷寒的环境中，士兵吃不饱，穿不暖，怨声载道，哪还有什么战斗力？没有办法，他只得接受谋士孛鲁合的意见，写信给忽必烈假意投降，先行解决粮草问题，以图来年再战。
信是孛鲁合代写的，信中写道：“……弟年幼无知，生性鲁莽，脾气暴躁。初闻兄继位登基，心中火起，不假思索，贸然兴兵发难！事后悔之莫及！……望兄念及手足情分，原谅弟鲁莽无知，弟愿诚心归附，永远奉兄为大汗主，忠心不二！”
看到弟弟可怜巴巴地向自己表示顺从，忽必烈心软了。他不愿意落个容不下小弟的罪名，更不愿意把他逼上绝路。毕竟他们是一奶同胞，母亲唆鲁合帖尼这样希望自己，自己的妻子察必也这样希望自己。于是就答应了他，自己退回了开平，等待弟弟来向他投降。
忽必烈没有等来阿里不哥，而是等来了和林失守的消息。
原来，渡过了漫长的冬季，经过近一年的休养生息，阿里不哥元气稍有恢复，1261年秋天，他又举兵东来。他事先遣使向移相哥伪称率众来降，使移相哥疏于防备，然后突然发动进攻。迅猛的攻击使毫无防备的移相哥大军大乱，不得不丢下和林城溃退。阿里不哥乘胜追击，矛头直指忽必烈在漠南的驻地开平。
听说阿里不哥出尔反尔，不讲信用，忽必烈气得发抖，他咆哮道：“我非收拾收拾这个浑小子不可！”
于是忽必烈再次出征，征调张柔、严忠嗣、张宏等七处汉军，并令董文炳率射手千人，塔察儿率军士万人随从出征。十一月，忽必烈军与阿里不哥战于昔木上脑儿。合丹、驸马腊真、丞相缐真和兀鲁、忙兀二部军为右军；塔察儿、太丑台和史天泽等将左军；合必赤将中军，合势进攻，斩阿里不哥的大将合丹火儿赤。此后塔察儿与合必赤分兵奋战，大破斡亦剌军。阿里不哥后军阿速台带领的后继部队赶到，阿里不哥回军再战。其右翼被击败，左、中两翼与忽必烈军鏖战至夜仍不分胜负。自是双方引军后退，相峙于大碛南缘。
看看不能速胜，忽必烈又打起了他们后勤补给的主意。这次，他们事先侦知了阿里不哥的供给来源是察合台汗国国王阿鲁忽，于是立刻派遣使者到川陕宣抚使廉希宪处，命令汪良臣派兵截断从察合台汗国到阿里不哥营地的运粮通道，不许一辆运粮车通过。并派平章政事赵璧为使臣，带着他的令牌秘密去见察合台汗国国王阿鲁忽，并严令廉希宪和王惟良全力配合赵璧，拉拢阿鲁忽脱离阿里不哥，自己暂且班师回国去了。
粮道被截断，阿里不哥又一次陷入了困境。
原来，1259年，察合台汗国监国摄政兀鲁忽乃（阿鲁忽寡居的堂嫂）的保护者蒙古帝国大汗蒙哥去世，争夺汗位的忽必烈和阿里不哥都派自己支持的察合台系宗王去虎牙思夺取汗位。结果，阿里不哥支持的阿鲁忽继承察合台汗国可汗。他娶兀鲁忽乃为妻，稳定了汗国之后，每年都要给阿里不哥送粮送钱。忽必烈断绝边关粮食供应之后，阿里不哥只能从阿鲁忽这儿征集粮食。由于战争的消耗巨大，因而征集的就越来越多，索要的粮草年年增加。今年天公不作美，国内干旱歉收，自己的百姓都挨饿，哪有那么多的粮食给他呀？阿鲁忽愁眉不展，整天提心吊胆，吃不好饭，睡不稳觉，惴惴不安，可是，他知道阿里不哥凶暴嗜杀，如果惹恼他，绝对不会有什么好结果。
赵璧的出现让他找到了希望。于是他就逮捕了阿里不哥的使者，并截留他征集的货物，转向支持忽必烈，拒绝再给阿里不哥调集粮食。
没有了阿鲁忽的粮食供给，阿里不哥大军陷入了绝境。士兵没有御寒的皮衣，没有充足的食物，马匹没有粮草，严酷的自然环境就会把他们淘汰。听说阿鲁忽转向了忽必烈，阿里不哥大怒，不顾正与忽必烈对峙的严峻形势，离开战线，愤而移兵西讨阿鲁忽。
阿鲁忽在普刺城迎战，出其不意，用骑兵埋伏斩杀阿里不哥大将哈刺不花及其族弟脱鲁火察儿。阿鲁忽得胜而回，放弃了戒备，却不料阿里不哥的后军阿速台突然进至阿力麻里地区，大败阿鲁忽。阿鲁忽只得败走和田、喀什噶尔，阿里不哥军遂驻冬亦列河流域阿力麻里。
占领阿力麻里城后，阿里不哥大肆烧杀抢掠，弄得民不聊生，怨声载道，有人劝阻他，他非但不听，还对自己的将领和幕僚进行凌辱。他的暴行让手下的人都看不过去了，他们极为心寒，谁也不愿意跟着他干下去，其部下将士甚至宗亲王爷也都弃他而去，逃至驻在阿尔泰地区的扎布汗河上的玉龙答失，共商归降忽必烈。阿里不哥众叛亲离，无计可施，又怕阿鲁忽报复，走投无路，只得再次投降忽必烈，长达五年的汗位之争由此结束。
阿里不哥到燕京向忽必烈请罪。忽必烈问他：“我和你谁对？”阿里不哥回答说：“在以前，是我对。今天，算你对！”这句话如何理解？恐怕每一个人都能读出其中的不平与无奈。他永远也不会忘记是自己的哥哥抢走了自己的汗位这一事实，但由于自己没有哥哥的心计，没有哥哥的心胸，没有哥哥的才能，所以最后被哥哥打败。以前按照草原风俗，大汗理应我当，我胜；如今按照草原风俗，拳头大的是英雄，你胜利。
这是心里话，阿里不哥没有说出来，但是忽必烈在心里听到了。最终忽必烈还是赦免了阿里不哥及追随他的宗亲诸王，但其谋臣孛鲁合、秃满、脱忽思等皆被处决。不久，阿里不哥抑郁而死。
这次纷争，把统治的中心从草原移到了中原，有利于忽必烈采用汉人汉法治国，更有利于民族的融合。应当说这是时代的要求，是历史的进步，是符合历史发展的规律的；这次战争，忽必烈计划周密，将士战法灵活，特别是抓住对方的弱点，断其粮道，切断补给，使对方不战自溃，成功地战胜对方。当然，我们也应看到，由于此战是兄弟之战，忽必烈不想致阿里不哥于死地，故多为击溃战。