聂古伯在位期间，统治集团内部又发生分裂，八剌的长子伯帖木儿等率众投奔忽必烈；木八剌沙及哈剌斡忽勒二人的诸子则投奔了阿八哈汗。

1274年，海都将察合台汗国的汗位交给八剌之子都哇（笃哇），统治长达32年之久。都哇在位期间，把矛头指向伊利汗国和忽必烈的统治。他曾占领了伊利汗国的哥疾宁（今阿富汗加兹尼），并以此为基础，几次远征印度，进入旁遮普和信德，但在哥疾宁和印度均未建立起自己的统治。

1298年，都哇又袭击驻守于金山一线的元朝军队，俘杀守将汪古部首领阔里吉思。1301年，都哇、海都率军与元朝军队大战于帖坚古山(帖坚古山之战，阿尔泰山与札卜哈河之间)，都哇中箭受伤，海都亦受伤致死。

1302年海都因伤去世后，都哇成为察合台汗国的实际统治者，他把汗国的东部土地交给海都的儿子察八儿统治。但察八儿却想控制整个察合台汗国，与都哇发生了权力之争。都哇和察八儿之间的斗争，为元朝廷干预汗国提供了方便。元朝统治者都支持都哇，迫使察八儿屈从了都哇。从此窝阔台系失去了对察合台汗国的统治权。都哇与察八儿被迫向元成宗请和，重新承认元朝皇帝的宗主地位。

不久，都哇与元朝联兵击败察八儿，吞并了窝阔台汗国大部分领地。

1306年，都哇病逝，宽彻（宽阇）继立为汗，继续实行与元朝友好的政策。

怯别在1309年的一次宴会上将察合台汗塔里忽暗杀。怯别暂时接管汗国，以察八儿为首的窝阔台系诸王联合起来向怯伯汗（怯别）发动了武装进攻，在几次战役中都被击败，最后投奔了曲律汗(元武宗)。窝阔台家族的领地被察合台家族所占领，其臣民的一部分归属于察合台家庭，另一部分则成为钦察（金帐）汗国的臣民。窝阔台汗国于1310年被并入到察合台汗国。

怯伯汗（怯别）即位不足一年，就将汗位让给自己的兄长也先不花。在也先不花统治汗国时期，为扩大牧场，率军入侵元朝，被元军击败。为弥补损失，他又入侵伊利汗国，元军乘机再度深入中亚草原，他才被迫撤兵。

1320年，原本让位与自己哥哥也先不花的怯伯复位。当时，河中地区正处于财政混乱、政权机构不相统一的无秩序状态。怯伯汗（怯别）在河中地区进行了货币改革，制造了全国通用的银币；在政权设置上取缔了双重行政机构，统一设置了万户，由汗委派的代表进行管理。怯伯汗（怯别）统治时期，察合台汗国与元朝恢复友好关系，双方经常遣使往来。汗国统治中心逐渐西移。

随着怯别和也先不花的去世，汗国政局陷入动荡期，仅从1326年至1346年间，先后有9个汗即位，而且每个汗都靠暗杀上位。1330年答儿麻失里即位后，不仅自己信奉伊斯兰教，而且强令整个河中地区百姓信奉伊斯兰教。这一强化政策引起了一部分蒙古统治者的反对，他们主张保持原有的游牧生活方式和风俗习惯。

答儿麻失里的弟弟布罕（不赞）将其杀死，失去了政治中心。为此，察合台后裔企图把塔里木盆地作为政治中心，以保障察合台系的正统统治。但此时的塔里木盆地已不存在一个为公众所承认的察合台系君主。1329年，怯伯弟笃来帖木儿（都来帖木儿）继承汗位。同年元政府颁布《经世大典》，其中附图称察合台汗国为笃来帖木儿位下，与钦察汗国、伊利汗国相并列。

可能是为了便于牵制察合台系诸王的势力的缘故，1346年巴鲁剌思(Barlas)的合札罕(Qazghan)从窝阔台的后裔中择定答失蛮察立为汗。这是阿里算端之后第二个成为察合台汗国君主的窝阔台系诸王。这显示出窝阔台汗国虽然灭亡，但窝阔台系诸王仍然有相当的势力。

据阿不勒·哈齐说，答失蛮察是海都之子。现将宏达迷儿和阿不勒·哈齐的叙述录之如下：“迷里·合札罕选择窝阔台合罕之后裔答失蛮为察合台兀鲁思之汗。这位诸王统治了两年之后，迷里·合札罕下死了他”。“迷里·合札罕把成吉思汗之子窝阔台之子合失之子海都汗之子答失蛮汗立为一国之主”。次年也先不花之子（蒙力克哈敦所生）图古鲁克帖木儿（秃黑鲁·帖木儿汗）继承汗位。历史上把秃黑鲁帖木儿统治的地区称为东察合台汗国，答失蛮察为西察合台汗国。

答失蛮只做了两年汗，“为了让成吉思汗之子察合台之子抹土干（孛儿只斤·木阿秃干）之子也孙脱之子八剌之子都哇薛禅（笃哇）之子速儿忽代之拜延忽里之子为汗，合札罕又杀死了答失蛮汗”。按宏达迷儿的说法：合札罕处死答失蛮之后，“拜延忽里汗成了察合台之主。拜延忽里乃都哇汗之子速儿合秃斡兀立之子”。照此说法，则拜延忽里为都哇系诸王。在拜延忽里之后，由大臣扶立的几个汗都是都哇系诸王。

合札罕任情废旧汗立新汗，操纵朝政的作法，必然引起其他贵族的嫉恨。据宏达迷儿记载，有一位“叫火都鲁帖木儿的人竖起了反抗合札罕的旗帜，在一次行猎中杀死了他。事成后，他从昆都思（昆都士）之边跑走”。按作者的说法，火都鲁帖木儿娶了合札罕的姐妹。由于蒙古人同一氏族内不得通婚，所以火都鲁帖木儿必然是非巴鲁剌思族的异密。合札罕死后，其臣属追至昆都思，杀死了火都鲁帖木儿。火都鲁帖木儿反抗合札罕只能采取偷袭的办法，他杀死合札罕后立刻出逃，很快又被合札罕部下杀死，说明以合札罕为首的巴鲁剌思氏贵族控制了朝政，实力大于割据各地的诸侯。

合札罕死后，其子米儿札·乌巴都剌继承父位，决定以撒麻耳干为王都。按宏达迷儿的说法，火都鲁帖木儿杀合札罕的时间为回历760年（1359）。合札罕在1346年击杀合赞算端汗至其死，专擅朝政，控制汗位达十三、四年之久。乌巴都剌承袭父位后不久，竟因为贪求拜延忽里之王妃，杀死了拜延忽里汗，另立帖木儿沙（铁穆尔沙）为汗。宏达迷儿说得很清楚，帖木儿沙是“在迷儿札·乌巴都剌的意志下登下王位的”。

舍札罕家族的这种玩弄汗位于股掌的作法，引起了另一支巴鲁剌思氏贵族的不满，他们就是后来帖木儿所源出的那一支巴鲁剌思氏。

据宏达迷儿记载，就在迷儿札·乌巴都剌操纵朝政时，迷里·拜延·速勒都思（Bian Seldouz）与哈剌察儿那颜之子也速蒙哥的拍代哈只·巴鲁剌思联合在一起，起兵反抗合札罕家族专擅朝政。他们征集了一支大军，向撒麻耳干开去。帖木儿沙与迷儿札·乌巴都剌闻讯出动，前来迎战，随之发生一埸战斗，帖木儿沙汗和乌巴都剌被杀。速勒都思氏（逊都思）贵族拜延很快征服了整个河中，自称为王。

长期控制朝政的合札罕家族被推翻，帖木儿沙被杀后形成的汗位空缺，把河中之地进一步引向混乱。速勒都思氏贵族拜延，虽然征服了河中，自称为王，但按宏达迷儿的说法，他是一个性格柔弱的人，“他醉心于狂饮和对妇女施以暴行，于是混乱潜入了图兰许多州的政府。野心和权力的欲望进入了所有人的心和所有人的精神。”在这种情况下，河中各地诸侯纷纷裂士割据。

据宏达迷儿记载，哈只·巴鲁剌思“在渴石城揭起了独立的旗帜”。在他的四周，有忽毡（苦盏）的巴也息忒，有巴里黑的速勒都思氏贵族不花，此外在乞不儿罕之地还有诸侯麻哈没的·火者·阿伯儿地。而合札罕的势力尚未复灭，其子迷里·毛拉之子迷里·忽辛和迷里·黑的儿·牙撒兀儿也”已重新聚集了一支大军，继续入侵这一地区，并沉醉于充任统帅的迷梦之中”。

实际上，在合赞算端死后的十几年中，河中之地的大臣擅权只是表面现象，他所反映的实质是，成吉思汗家族对河中之地的统治就要结束了，一个新的朝代将要代之而起。

秃黑鲁帖术儿是第一个信奉伊斯兰教的蒙古汗，他用强制手段迫使天山以北16万蒙古人改信伊斯兰教。1361年占领河中后，将管理权交给了他的儿子亦里牙思火者（也里牙思火者），自己则返回喀什噶尔，第二年便离开了人世，察合台汗国又重新陷入混乱状态。

帖木儿和忽辛(库塞音)起兵反对也里牙思火者，把他赶回喀什噶尔，占据了河中地区。但是，帖木儿和忽辛又发生了矛盾，在河中地区出现了两雄相争、互相残杀的局面。最后1370年帖木儿杀死了忽辛，成为河中地区的惟一主宰。塔里木盆地则发生了哈玛鲁丁的反叛。哈玛鲁丁是播鲁只的三弟。播鲁只死后，秃黑鲁·帖木儿汗将其官位授与了播鲁只的七岁儿子忽岱达。哈玛鲁丁乘忽岱达年幼之机，企图夺取掌管朝政的权柄，但遭到秃黑鲁·帖木儿汗的反对。

秃黑鲁帖木儿汗死后，哈玛鲁丁杀死了也里牙思火者及其家族成员18人，夺取了汗位。哈玛鲁丁虽励精图治，但由于众异密的反对，使国内纷争不已，在帖木儿数次袭击之下，哈玛鲁丁被迫逃往伊利汗国。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”。

在十四世纪后半叶，人们可以看到，秃忽剌是突厥斯坦的一个十分重要的部落，但其来源尚不清楚。海答儿在叙述成吉思汗分封四子时说，在给诸子指定了土地之后，成吉思汗又以同样方式划分了军队和异密。在划分中，秃忽剌成了察合台的份子。察合台委之以四界察赤、叉力失、亦思宽和撒里畏兀儿。在此范围内，有可失哈儿和忽炭。海答儿还说，被置于引地的秃忽剌人是异密巴卜打罕，这一职务由其子孙承继，直至米儿札·阿巴·巴黑儿时。

从秃忽剌这个姓氏来看，在察合台汗国的初期中和中期，几乎不为人所知，未见其族中有什么人起过什么重要作用。至于卜剌只的祖父兀儿秃不受封于察合台的说法也是不值一驳的。卜剌只时代上距离察合台时代时间已逾百年，即使卜剌只的祖先真的受过察合台的封土，也决不可能是其祖父。

可能的情况是，秃忽剌家族在至元末年，元朝放弃斡端、可失哈儿以后，作为都哇的官吏来到所谓Mangalài Suyah之地，不可能是把整个Mangalài Suyah封给他。因为当时亦思宽一带是察合台系诸王的禹儿惕，拔汗那之地也在察合台系诸王手中。

直至宽阇死后，怯别还曾把斡端之地授予宗王阿里，命他掌管突厥斯坦。海答儿记载的这一传说，当时在诸侯割据时代，秃忽剌家族为了表示地位不低于其他诸侯而编造出来的。

不过到了元末，秃忽剌家族成了统治察合台汗国东部势力最大的诸侯。这一家族的兴起应与巴鲁剌思氏的合札罕家族、哈只家族和速勒都思氏（逊都思）的拜颜家族一样，在答儿麻失里死后察合台系诸王争夺汗位的过程中迅速发展起来。合赞算端汗被弑后，合札罕扶立了答失蛮察汗，各地诸侯也纷纷寻找察合台后裔拥立为汗，这些被诸侯拥立的汗，被阿不勒哈齐称作“部落之王”。

统治东部的秃忽剌家族也不甘落后，他们也积极物色合适人选，以图扶立为汗。卜剌只寻找的秃忽鲁帖木儿，并拥立为汗的背景就是如此。秃忽鲁帖木儿所称之汗，在开始就是这样一个“部落之王”。了解了这个背景，就可以理解元末统治察合台汗国东部的秃忽剌家族大臣卜剌只为什么要不辞劳苦地去寻找察合台的后裔，并且在找到秃忽鲁帖木儿之后，又为什么要伪造他是也先不花汗之子，扶立为汗的这一系列行为。

河中地区，农业和园林业尤为发达，不仅农作物种类繁多，而且产量也高，不但可以满足当地居民的需要，还有部分剩余，可支援外地。

这里种植的水果有葡萄、无花果、石榴、苹果、桃、梨等10余种，撒马尔罕的西瓜著称于世。河中地区的水利灌溉设施也比较完善，仅利用撒马尔罕上游河水建成的法失儿迪咱水渠，就可以给2000个园林和大片农田提供水源。畜牧业有马、牛、骆驼和小牲畜的饲养。一般家庭可饲养25到500头牲畜。东部阿力麻里地区的畜牧业尤为发展。随着畜牧业的发展，牲畜贸易十分活跃。中亚很早就有发达的城市工商业；土地肥沃，适合于农业和畜牧业经济的发展，察合台汗国答儿麻失里在位时，提倡外国商人前来经商，从四面八方涌来的商人和旅行者云集在中亚各城镇。

为了方便商旅，在每个城镇、道路两旁及村落里都设有驿馆埃及和叙利亚的货币具有同等价值。布哈拉、撒马尔罕是两座繁华的工商业城市，城内有高大的建筑和宽敞的街道，以及学校和教堂，科学文化事业比较发达。

据文物专家王长方介绍，察合台汗国的这几枚银币其形状呈圆形，最大直径3.5厘米，最小直径1.7厘米，厚度为0.15厘米。银币用打制法制成，币的正面印有库法文和阿拉伯文，意为“安拉是惟一的神”。

据研究，这些银币是察合台汗国期间的货币。该汗国的创始人察合台，是元太祖成吉思汗的第二个儿子，他在蒙古汗国的历史上，是一位颇有作为的皇帝。

察合台汗国统治河中地区百余年，曾经富裕而安详。令人深思的是，建立它的是蒙古人，让它忍受战乱之苦的也是蒙古人，甚至真正推倒它的竟也是蒙古人。