忽必烈迁都大都（现北京）之后，支持阿里布哥的窝阔台汗国拒绝归附忽必烈而独立。察合台汗国被忽必烈、阿里布哥、窝阔台汗国等势力多次争夺。这两个汗国位于新疆、中亚一带。钦察汗国为拔都所创，位于现在的保加利亚、俄罗斯联邦的欧洲部分、北高加索、和花剌子模的一部分，罗斯诸公国为其藩属国。伊利汗国为旭烈兀所创，包括现在的高加索、伊朗、伊拉克等地。钦察汗国在忽必烈与阿里布哥争夺汗位时已事实上独立，而伊利汗国在忽必烈去世后也独立，蒙古帝国分裂，“大蒙古国”不复存在。这四大汗国虽然是原属于大蒙古国，但已互不隶属、各自为政，也不属于忽必烈的大元帝国，即元朝。
钦察汗国，元朝西北宗藩国，亦称金帐汗国或术赤兀鲁思。 成吉思汗长子术赤的封地，主要辖区是东起额尔齐斯河，西至多瑙河，南起高加索山的地区。1236～1240年，术赤第二子拔都征服了乌拉尔河以西伏尔加河流域钦察、不里阿耳等部族，并征服了斡罗思，迫使斡罗思各公国称藩纳贡。1243年，拔都结束西征回到伏尔加河上，建立了东起也儿的石河，西到斡罗思，南起巴尔喀什湖、里海、黑海，北到北极圈附近的辽阔广大的钦察汗国。对于东欧各公国享有宗主权，包含罗斯公国（罗斯公国是俄罗斯国家的雏形）。
四大汗国 汗系表
在其他汗国包括元帝国对于自己的领地的统治都出现问题的时候，金帐汗国长期统治都相对稳定。原本隶属于金帐汗国的罗斯各公国，出现了一位卓越的“王”，即伊凡四世，以莫斯科大公国为核心，逐渐发展成一个新的强大的国家--俄罗斯。而与之相反，金帐汗国中央权力却日渐下降，开始分裂为喀山汗国、克里米亚汗国、西伯利亚汗国、阿斯特拉罕汗国等小汗国，后来崛起的俄罗斯先后征服了这些小汗国。
察合台汗国，成吉思汗次子察合台封地，主要辖区在天山南北。
1314年，原本让位与自己哥哥也先不花的察合台汗怯伯复位，把国都从阿力麻里迁至撒马尔罕，在河中地区提倡农业，实行改革，而也先不花汗则坚持游牧传统，汗国开始分裂为东、西两部。东部以阿力麻里为中心，包括喀什、吐鲁番一带；西部以撒马尔罕为中心，统治河中地区。今新疆绝大部分地区在东察合台汗国统治之下。也先不花为东部汗，怯伯为西部汗。也先不花、怯伯死后，西域蒙古各部各自为政，互相攻杀。1348年，统治天山南路的杜格拉特部权臣布拉吉找到一个18岁的贵族秃黑鲁帖木儿，宣布他是也先不花的儿子，并在阿克苏拥立为汗。历史上把秃黑鲁帖木儿统治的地区称为东察合台汗国。秃黑鲁帖术儿是第一个信奉伊斯兰教的蒙古大汗，他用强制手段迫使天山以北16万蒙古人改信伊斯兰教。
1363年，秃黑鲁帖木儿死，东察合台汗国发生内乱，布拉吉之弟卡玛鲁丁夺取了政权，并残杀秃黑鲁帖木儿的子女及眷属18人。1389 年，幸存的秃黑鲁帖木儿的幼子黑的儿火者即汗位，建都于别失八里；1418年，黑的儿火者之孙歪思汗，又把国都迁到亦力把里(今伊宁市)，所以东察合台汗国也称“别失八里国”和“亦力把里国” 。东察合台汗国从1348年建立，历经8代、15位汗主政，到1514年被叶尔羌汗国取代，计立国166年。而西察合台汗国在秃黑鲁帖木儿死后不久，便被自己的将军铁木尔夺取了政权。
窝阔台汗国：成吉思汗第三子窝阔台的封地，领有额尔齐斯河上游和巴尔喀什湖以东地区。建都叶密立(今新疆额敏县).
1229年窝阔台继帝位后，将封地赐给其子贵由。1251年蒙哥汗即位后，以窝阔台系诸后王屡与作难，将封地分割,分授诸王,以去其势。窝阔台子合丹领别失八里(今新疆吉木萨尔北破城子)，灭里领额尔齐斯河之地，窝阔台孙脱脱领叶密立，海都领海押立(今伊犁西)。1260年忽必烈称帝后，海都自以太宗嫡孙不得立，先后联合阿里不哥、乃颜、笃哇争夺帝位。1301年(大德五年)兵败走死，汗国势衰。1310年(至大三年)，海都子察八儿为察合台系后王怯伯所败，部分归附钦察汗国，部分被并入元朝。
伊儿汗国，又称伊尔汗国或伊利汗国，成吉思汗孙子旭烈兀西征后建立，是东滨阿姆河，西临地中海，北界里海、黑海、高加索，南至波斯湾的大国。既为欧、亚两洲文化荟萃之地，又是重要交通枢纽。居民民族成分复杂，主要讲波斯语和阿拉伯语。大多数信奉伊斯兰教，部分崇奉基督教。建都于帖必力思。境内农业发达，商业和手工业也很繁荣。与元朝关系一直都很密切。今伊朗、伊拉克、南高加索的阿塞拜疆、格鲁吉亚、亚美尼亚和中亚的土库曼斯坦都由伊尔汗直接统治；阿富汗斯坦西部的赫拉特王国是伊尔汗的属国；小亚的罗姆素丹国名义上是属国，实际上由伊尔汗派官治理。旭烈兀死后，子阿八哈继袭汗位（1265—1282），政权进一步巩固，1270年曾率军击退了察合台汗八刺对呼罗珊的进攻。
在合赞大汗（1295-1304年）在位时，进行了一系列改革，1295年6月19日，他率领将士改宗伊斯兰教，当年11月3日即汗位，取名穆罕默德，自号素丹。此后，蒙古贵族和伊朗贵族日益合流，伊尔汗国组建成为一个伊斯兰国家。在合赞汗死后不久，伊尔汗国便陷入混乱，1335-1378年的四十多年间，地方总督先后拥立八个伊尔汗，在争权夺利的混战中，建立了各自的封建小王朝：贾拉尔朝（1336-1411年），1340年建立，据有伊拉克、阿塞拜疆、摩苏尔和迪亚巴克儿；克尔特朝（1245-1389年），1342年独立称王，据有赫拉特和呼罗珊部分地区；穆札法尔朝（1313-1393年），1353年建立，据有法尔斯、克尔曼和库尔德斯坦，称臣于开罗；赛尔别达尔国家（1337-1381年），这是由起义农民于1353年建立的政权，据有呼罗珊北部。1380年以后，内乱迭起，加上钦察汗月即别的进攻，势力渐趋衰微。1388年为帖木儿帝国所灭。
忽必烈汗和他在汗八里的位置。(藏于法兰西国家博物馆) 元朝末期，统治者对下层人民进行残酷的统治和剥削。1351年，刘福通率白莲教教众和被征挖黄河河道的河工起事，组织“红巾军”对抗元军，开始了元末农民运动。1368年，朱元璋推翻大元帝国，建立明朝，蒙古人退出中原，回到塞外，元朝灭亡。塞外的蒙古政权沿用大元国号，史称北元，至15世纪初去国号。
四大汗国中，窝阔台汗国在1309年灭于察合台汗国。察合台汗国和伊利汗国经多次分裂，最终均在1388年被帖木儿征服。钦察汗国到15世纪分裂成了几个小汗国，最终在16世纪中被沙皇伊凡四世治下的罗斯公国全部占领。
西察合台汗国突厥化的蒙古贵族的后裔帖木儿是成吉思汗的七世孙。他在1369年自立苏丹，征服察合台汗国和伊利汗国之后，进攻钦察汗国、印度（攻陷德里）、小亚细亚（击败奥斯曼帝国苏丹巴耶塞特）。帖木儿帝国的版图，东起印度河，西到小亚细亚，北自里海，南达波斯湾。当时中国是明朝。帖木儿死后，帝国分裂，1500年亡于乌兹别克人。帖木儿的后裔巴布尔南下印度，建立莫卧儿帝国。帖木儿帝国不是蒙古帝国的一部分，但它是蒙古后裔所创，疆域大部在四大汗国的地方。
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