1269年，野心勃勃的海都召集术赤后王、八剌察合台后王等，在答剌速（今塔拉斯）河畔召开忽里台。经过众人推举，海都成为盟主。现在，作为察合台汗国的君主海都，终于拥有了“大汗”的称号，于是他登高疾呼道： 一致对抗忽必烈和伊利汗阿八哈，誓约保持游牧生活与蒙古习俗！
口号需要行动来证实，海都向忽必烈发起进攻，首先领兵驱逐、击溃并洗劫了在他们附近的、依附于忽必烈的部族。忽必烈命他的第四子那木罕前往征讨海都。从此，双方战争不断。那木罕虽然屡屡占了上风，却始终无法彻底击败海都。海都依靠扶植起来的八剌儿子笃哇为察合台汗国之汗建立的窝阔台、察合台两汗国的联盟，在那木罕征讨的空隙中接连不断也对忽必烈统治的地区发动侵略。
在海都的不断侵略中，忽必烈分明地意识到，这个蒙古帝国的内帝问题，一时难以解决，于是静下心来，集中精力处理一下国内的事情。
早在中统五年八月，忽必烈改元为至元。经过从中统元年到至元初年的增改损益，新王朝的各种制度大体上确立下来。到了元八年（1271年），大元帝国的设计师刘秉忠向忽必烈建议，取《易经》“大哉乾元”一句，将蒙古帝国更名为“大元”，忽必烈采纳了。