1266年别儿哥汗去世，拔都之孙忙哥帖木儿继位，得到忽必烈的册封。然而钦察汗国与元朝的关系依旧未正常化，受到西域、中亚地区窝阔台后裔海都叛乱的影响，忙哥帖木儿一度与海都合作，联合起来攻打察哈台系的八剌，共同瓜分其领土；1276年震惊元廷的昔里吉叛乱，掳走了忽必烈王子那木罕，送往钦察汗国处。忙哥帖木儿非但不归还元帝嫡子，反而拘留了那木罕，直到1282年忙哥帖木儿去世，嗣位的脱脱蒙哥才放那木罕归国。
1290年脱脱成为钦察汗国新可汗后，汗国与元朝冷淡的关系开始发生变化，由于海都崛起后担心术赤系与元朝再次联手，便直接派兵侵占了元朝西北边境地区，彻底隔绝元朝与术赤系诸王的联系。海都的势力与钦察汗国下的一大封国，白帐汗国接壤，并干涉白帐汗国伯颜与古亦鲁克的王位争夺。海都、笃哇支持古亦鲁克，趁机占领了伯颜的领土。
伯颜不甘人后，古亦鲁克找了那么强力的后援，那我找一个更强大的。一面遣使向钦察汗脱脱求援，另一面向元朝政府和伊儿汗国派遣使者，约定东西合击，夹攻海都。
1302年，在脱脱遣使要求海都、笃哇归还领土的外交敕令失败后，脱脱与伯颜出兵两万，与元成宗的军队一起攻打海都；而随着这一场战役的进行，钦察汗国也正式宣布承认元王朝的宗主地位，即《元史·牙忽都传》记载中的“拔都罕之裔首已附顺”。
1308年，元武宗遣使册封脱脱为宁肃王，之后的元帝册封钦察汗国新汗成为惯例，双方使节来往频繁。1336年，元朝政府设立了一个总管府，专门负责赏赐术赤诸王，每年按额发配。
元朝与钦察汗国关系正常化的最大利处便在于商业贸易，从黑海沿岸的克里米亚半岛直通到中国的甘州、杭州，一条比“丝绸之路”更绵延不绝的商路吸引着欧洲商人踏上漫长的旅途，而元朝亦向钦察汗国输出了相当多的中国产物品。
钦察汗国境内人数众多的斡罗思人，一度引起了元廷的注意和兴趣；而在元代，确实不少斡罗思人迁居蒙古高原和内地，他们或充当工匠、士兵，有的被迫沦为奴隶。元世祖晚期，元朝开始组建、招募斡罗思卫军；1330年，元廷成立宣忠扈卫亲军万户府，组织斡罗思人集体在大都屯田。所以当我们有幸穿越回元朝，看到一群俄罗斯卫兵请不要过于惊讶。
这或许算是元朝与钦察汗国关系正常化后的一个小插曲。
窝阔台汗国：楚虽三户，亡秦必......察哈台汗国：你给我闭嘴提到窝阔台汗国，就一定要提到一个男人：海都，合失之子，窝阔台之孙。
窝阔台系对于拖雷系夺走大蒙古国汗位的怨恨，一点也不亚于战国末年被秦国灭亡的楚人。
所谓“楚虽三户，亡秦必楚”，海都也坚信着先祖成吉思汗的预言：只要窝阔台有一个喝马奶的后代，都比其他人优先继承汗位。
阿里不哥争位期间，窝阔台、察哈台两家汗国表示支持。但在阿里不哥被忽必烈逐出和林后，粮饷短缺的阿里不哥委任察哈台系的一名后王，阿鲁忽前去征收给养。不料阿鲁忽自立为王，让阿里不哥吃了个闭门羹。
阿里不哥势力衰退后，忽必烈的元朝政府终于有机会将自己的影响力扩充到畏兀尔、中亚地区，然而海都行动更为迅速，揪准时机，联合钦察汗国的别儿哥对阿鲁忽开战，把阿力麻里据为己有。
海都的崛起让整个中亚地区乱成了一锅粥，而此时元廷把军事重心放在了灭宋战争上，在1265年阿鲁忽去世后，忽必烈把察哈台后裔八剌遣返回察哈台汗国争位，意欲引起西道诸王的争夺内斗。然而令忽必烈失望的是，八刺最初与海都作战数回后，旋即与其和好，并于1269年与钦察汗王忙哥帖木儿在塔拉斯河会盟，以海都为盟主，公外反对忽必烈与伊儿汗国，并指责忽必烈实行汉法改革、已然是违反成吉思汗札撒法令、背弃蒙古祖先的不忠不孝之徒。
塔拉斯河会盟拉开了元朝与西北宗藩长达30余年的战争序幕，前文提到的昔里吉之乱只是其中的一个缩影。元朝为了对抗以海都为首的西道诸王叛军，在西北边境长期驻扎大量精锐军团，给当地财政和人民生活带来严重的负担；先后派遣皇子那木罕、皇孙甘麻剌、名将伯颜、土土哈、玉昔帖木儿与海都对峙。而海都不愧为一世枭雄，在与人数众多、名将如云的元军交锋中互有胜败，不落下风。直到1294年忽必烈去世，海都叛乱未能平定一直是元世祖的未竟心愿。
海都在与元军对抗期间顺手把察哈台汗国变成了自己掌控的附庸国，在八剌去世后不久，海都强行扶立笃哇为汗。不过即使结合了两大汗国的军力，面对元军的稳固防守，海都依旧难以实现打回哈拉和林的梦想，而他也在逐渐衰老下去。
1301年，海都再度纠集诸王，越过金山向蒙古草原进军，在铁坚古山遭到元军名将土土哈之子，床兀儿的阻击大败而归。1302年，又在合剌合塔山激战中，海都突然率领军队撤退，有史*载海都受了伤。无论如何，68岁的海都已经走到了人生的终点，1303年3月去世，其子察八儿继位，窝阔台的后裔重新陷入争位的魔咒，被元朝和察哈台汗国乘虚而入，1309年，窝阔台汗国正式灭亡。
察哈台汗国成为了畏兀儿、中亚地区的唯一强权，此刻的它仍不愿意向元朝称臣，元朝的回应则是派遣大将床兀儿在1314-1317年间进行西征，把察哈台诸王打到满地找牙。1322年，察哈台汗国与元朝恢复和平关系，承认元朝皇帝对察哈台汗国的宗主权。
