公元1242年，察合台病逝，至此成吉思汗所有的儿子都已经离世。
察合台汗国的汗位传给了其生前指定的继承人哈剌旭烈，他成为察合台汗国的第二任可汗和第四任可汗。
察合台汗国汗位在长子后裔之中传承顺序
哈剌旭烈是察合台长子木秃坚第四子，也是嫡幼子。木秃坚生前非常受成吉思汗宠爱，也是成吉思汗指定察合台的继承人。从【蒙古秘史】和【元史】在内的诸多史料可以了解到，铁木真对木秃坚这个孙子的器重是要超过他其余50多个孙子的。此子英武绝伦、聪慧过人，很讨铁木真的欢喜，在蒙古人第一次西征中亚花剌子模时，一直将其带在身旁，铁木真向这位孙子倾心传授了很多治国理政思想和战争指挥经验。
然而天有不测风云，人有旦夕祸福，在跟随成吉思汗进剿扎兰丁残余势力时，木秃坚在攻击范延堡城下督战时（今阿富汗巴米扬），被飞来的流失射死。被寄予厚望的爱孙战死，铁木真盛怒之下命令攻下整座城池不许留下任何有生命的东西，一座佛教圣城变成了人间炼狱化为一片废墟。
木秃坚生前有四个儿子，长子拜柱，次子不里，三子也孙都哇，四子哈剌旭烈。
痛失爱子的察合台在生前指定由木秃坚嫡幼子做继承人。当然，人死了管不了身后事，哈剌旭烈继任察合台汗国可汗之位时，察合台仍有其他儿子还在世，家族内对哈剌旭烈上位表示不服气的大有人在。
公元1246年，窝阔台长子贵由继任蒙古帝国第三任大汗。贵由上台后就扶持起了察合台家族内同自己关系要好的也速蒙哥做察合台汗国可汗(察合台第五子)，罢黜了哈剌旭烈的汗位。
贵由这次强势干预察合台家族的权力交接，让整个察合台汗国的汗位更迭变得混乱不堪。这让察合台其余诸子孙宗王几乎都看到了希望，原来汗位也可以通过这样操作得来。
公元1251年，拖雷长子蒙哥获得宗室诸多宗王势力支持，成为第四任蒙古帝国大汗。蒙哥上位后，开始清洗反对他的察合台家族、窝阔台家族的部分宗王势力。
尤其是同窝阔台家族亲近的也速蒙哥和不里等人，几人均被蒙哥汗处死。蒙哥又重新册封哈剌旭烈为察合台汗国可汗，就这样哈剌旭烈做了察合汗国第四任可汗。
时也命也，哈剌旭烈的命运也太坎坷了，被罢黜十年的汗位失而复得，不幸的是从哈剌和林返回封国的途中，他就突然暴病而亡了。哈剌旭烈生前有一个儿子叫木八剌沙，蒙哥只好册封木八剌沙为察合台汗国可汗。
木八剌沙年纪还太小，察合台汗国的主要军政大事由其母亲也就是哈剌旭烈正妻王妃兀鲁忽乃处理。兀鲁忽乃监国长达九年时间，期间还很好的配合了旭烈兀西征中东阿拉伯世界的行动。
忽必烈和阿里不哥长达四年的权力争斗之战，阿鲁忽矫召夺权，获得察合台汗国控制权。
阿鲁忽是察合台第六子拜答儿之子，因其父在西征欧洲时建立赫赫战功不幸战死在前线，阿鲁忽继承了父亲的才能，在察合台家族很有威望。
公元1259年，蒙哥汗战死在南宋前线钓鱼城城下。随后拖雷次子忽必烈和四子阿里不哥之间为争夺蒙古帝国大汗之位，爆发激烈内战。
蒙古帝国随即陷入混乱状态，各宗王势力开始选边站队，支持忽必烈和阿里不哥的各方势力几乎势均力敌，阿鲁忽投靠阿里不哥。
阿鲁忽利用阿里不哥的诏书接管了察合台汗国的军政大权，兀鲁忽乃王妃结束监国使命。兀鲁忽乃王妃和其幼子木八剌沙无端被夺取了大权，便动身前往哈剌和林去找阿里不哥理论，以求个公道，阿里不哥并不理会，扣留了兀鲁忽乃王妃。
阿里不哥在同忽必烈的战争中逐步落入下风，阿鲁忽看阿里不哥难成大事，于是就倒向了忽必烈。
阿里不哥见阿鲁忽背叛自己，顾不上忽必烈的军事压力，率大军向中亚挺进，准备找阿鲁忽算账。阿里不哥不久后攻下了察合汗国都城阿力麻里城，阿鲁忽带领残余部众逃往喀什，随后又将都城迁往撒马尔罕。
不久后阿里不哥处境越发艰难，以前拥护他的宗王势力纷纷弃他而去，阿鲁忽集结军队准备收复阿力麻里，为求得缓兵之计，阿里不哥放回之前扣留的兀鲁忽乃王妃。阿鲁忽顺势娶了兀鲁忽乃王妃为妻，立木八剌沙为继承人，这样就确立了自己察合台汗国可汗的合法地位，堵住了悠悠之口。
「塔剌思联盟」四方混战的终结，蒙古帝国分家
忽必烈和阿里不哥以武力争夺蒙古帝国大汗之位的同时，其他家族宗王势力也因为抢夺地盘陷入混战。窝阔台第五子合失之子海都，在战乱之际，整合了窝阔台家族的封地，自立为汗，对外宣布自己才是蒙古帝国合法大汗，建都叶密立(今新疆额敏县)。
伊儿汗国的旭烈兀和金帐汗国的别儿哥为争夺高加索阿塞拜疆地区爆发激烈冲突，阿鲁忽趁别儿哥在高加索酣战之际，率军横扫金帐汗国河中地区花剌子模总督地区，占领金帐汗国阿姆河以北以及锡尔河以东草原和许多富庶的城池。
别儿哥为制衡阿鲁忽在河中地区的势力，给海都送去大量物资，鼓动海都去进攻阿鲁忽。而此时忽必烈和阿里不哥的战争已经快见出分晓，术赤家族、察合台家族、窝阔台家族、拖雷家族之家此时相互之间都已经杀的难解难分。
公元1264年7月，阿里不哥向开平的忽必烈投降，忽必烈赢得了蒙古帝国大汗之位争夺战的胜利。
1264年-1266年之间，别儿哥、旭烈兀、阿鲁忽三人相继去世，但是术赤家族、窝阔台家族、察合台家族围绕中亚河中地区的争夺战还没结束。
木八剌沙继任了察合台汗国的汗位，但此人没有政治才能，在同海都的争夺战中，相继丢掉了旧都阿力麻里，锡尔河以东肥沃的塔剌思、肯切克草场，诸如讹答剌在内的富庶城池，都被海都抢占去了。
忽必烈身边的察合台家族宗王木秃坚三子也孙都哇之子八剌，向忽必烈进言要求回察合台汗国接管大权，遏制海都的扩张势力，并发誓一定会效忠忽必烈。
八剌回到察合台汗国便积极拉拢家族各方势力，在八剌的阴谋运作下，和家族的各贵族势力一起罢黜了木八剌沙，八剌成为了察合台汗国可汗。
八剌上台第一件事就是背刺忽必烈，攻占了忽必烈西方重镇斡端（今新疆和田）。此时忽必烈主要精力都集中在对南宋方向，无瑕顾及西方，于是就放任八剌的背叛行为，同时也是在观望着海都的态度，只希望八剌与海都二人厮杀起来，自己坐收渔翁之利。
八剌在斡端获得了充足的物资补给，不久后就同海都在锡锡尔河畔发生大战，将海都所部打的大败。
海都于是同金帐汗国结成同盟，此时的金帐汗忙哥帖木儿派自己的四叔祖别儿哥彻儿率领5万大军前来助阵海都（忙哥帖木儿是拔都次子秃罕次子，别儿哥彻儿是术赤第四子）。八剌被海都和金帐汗国联军打的大败，所属军队一溃千里，一直退到阿姆河以西才重新集结起来。
海都和金帐汗国联军还在继续推进穷追不舍，八剌被逼入绝境，索性决定破罐子破摔，准备对察合台汗国境内所有富庶城池进行彻底破坏，以免它们落入海都和忙哥帖木儿之手。
撒马尔罕、布哈拉等城市的伊斯兰教长老和贵族听说八剌的疯狂行为，带着大量黄金珠宝来游说海都和忙哥帖木儿，希望他们罢兵言和，海都和忙哥帖木儿也不希望事情做到那一步，一片焦土之城也不是他们想要的。
于是就派海都的堂弟钦察向八剌表达「和平团结」的意愿(窝阔台第六子合丹之子)，约八剌和谈。
公元1269年春，察合台汗国八剌汗、窝阔台汗国海都汗、金帐汗国代表别儿哥彻儿在窝阔台汗国境内的塔剌思、肯切克草原举行会盟。金帐汗国、察合台汗国、窝阔台汗国三方订立盟约，划分阿姆河以北地区势力范围，并盟誓维护蒙古人传统，反对背弃传统的忽必烈和伊儿汗国阿八哈(旭烈兀已死，其长子阿八哈继承其位)。这就是历史上著名的「塔剌思联盟」，史学家一般认为这就是蒙古帝国解体分家的标志性事件。
八剌去世，窝阔台汗国海都掌控察合台汗国，察合台汗国沦为窝阔台汗国附庸，笃哇委身窝阔台汗国三十年后咸鱼翻身，重新振作察合台汗国。
公元1270年，八剌汗进攻伊儿汗国呼罗珊地区(今伊朗东部)。也里之战，八剌汗带领的察合台汗国大军掉入了伊儿汗国阿八哈的埋伏陷阱中，被打的大败。八剌带领少部分随从逃出重围，回到撒马尔罕。
八剌不久后患上了中风，整个人瘫痪，连马都骑不了，察合台汗国很多宗室诸王对国家前途丧失信心。木秃坚之孙阿合马，察合台四子撒儿班之子聂古伯先后叛逃，准备去投奔元朝忽必烈。
八剌深知必须要对这种叛逃行为使出雷霆手段，咬着牙坐着轿子也要追击叛军。此时的八剌犯了一个严重失误，他怕自己力量不足，居然派自己的弟弟牙撒儿去请求窝阔台汗国海都出兵援助。
海都一直惦记着察合台汗国的河中地区富庶城池，得到消息，赶紧调集两万精锐长驱直入察合台汗国。很快等八剌反应过来已经晚了，海都大军包围了八剌营地。
公元1271年，在急火攻心之下，八剌病逝，海都顺势收编了八剌的人马，拿走了八剌金库中所有的财产。察合台汗国的贵族宗宗王们见大势已去，以木八剌沙、合班、出拜等人为首的察合台家族宗王，纷纷向海都宣誓效忠。
海都也不想落得个把成吉思汗四个儿子任何一个支系彻底铲除歼灭的恶名声，要控制察合台汗国实权，就要扶持一个察合台家族十分听话的傀儡。
有资格继承察合台汗国汗位的，有阿鲁忽的后裔，八剌后裔，木八剌沙后裔。阿鲁忽有两个儿子出拜、合班还在世，八剌有四个儿子别克帖尔、笃哇、巴思麻、兀剌歹，还有一个曾被废黜的木八剌沙。但是因为这七个是有合法性继承汗位的人选，海都怕他们一旦被扶持，就有强大的号召力，可能会脱离掌控。因此海都把他们都排除在外，而是将曾经背离八剌的聂古伯扶上了察合台汗国可汗之位。
聂古伯是八剌的堂兄，并没有继承察合台汗国汗位的合法性，海都的这一做法让阿鲁忽诸子、八剌诸子以及木八剌沙很不满意，于是察合台家族宗王相约攻击海都。
双方在布哈拉爆发激战，察合台家族宗王拜下阵来，各自溃逃投奔东西去了。八剌长子别克帖儿和阿鲁忽诸子逃往元朝忽必烈处，木八剌沙投奔伊儿汗国，八剌另外三个儿子笃哇、巴思麻和兀剌歹则向海都投降。
聂古伯在海都的扶持下做了三年傀儡可汗后，逐渐有了复兴察合台汗国的想法。海都在察觉他的企图后，便指使察合台第七子合答海之子不花帖木儿袭杀聂古伯，顺势立不花帖木儿为察合台汗国可汗。
然而不花帖木儿也不是省油的灯，此人更是桀骜不驯，竟然密谋要进攻海都。海都不能容忍这样的行为，果断的处死了不花帖木儿。
公元1274年，海都扶持八剌次子笃哇做了察合台汗国可汗。笃哇见识过海都的厉害，也看见了在他之前几任可汗的悲惨经历，他决心不与海都产生正面对抗，反而要韬光养晦极力谈好海都，获取海都的信任，反正自己比海都年轻，直至把海都熬死后才有机会复国。
在压制住察合台家族反抗势力称霸中亚后，海都准备向东方进攻，向元朝忽必烈发起挑战。
公元1274年-1301年，这二十七年的时间，笃哇一直忠心耿耿的做好海都的傀儡附庸小跟班儿，与海都共同进退，发动一次又一次对元朝的进攻。
