察合台汗国在伊利汗国分裂不久后就走向了末路，或者根据帝国衰落的标志的不同，我们也可以认为它更持久一些。在某些时候，我们很难准确地定义察合台汗国。在蒙古帝国分裂的时候，一位名叫兀鲁忽乃的女主统治着察合台汗国。1251年蒙哥确定了兀鲁忽乃的地位。她作为哈剌旭烈的守节寡妇，在他们的儿子木八剌沙未成年的时候监国。在忽必烈和阿里不哥爆发内战的时候，她带领察合台汗国保持中立。
为了确保自己有更多的资源来对付忽必烈，阿里不哥支持另一个察合台系的诸王阿鲁忽，以保证自己的后勤供给能稳定地从察合台汗国得到。但是阿鲁忽大肆地在兀鲁忽乃治下的地区抢掠，导致兀鲁忽乃和帝国的大臣们向阿里不哥投诉，他们想让阿里不哥组织阿鲁忽。但是却失败了，因为阿里不哥不能同时和忽必烈和阿鲁忽开战。很快到了1264年，帝国的内战结束了。
这时候察合台汗国的统治权落入了海都之手，海都是窝阔台的孙子，是一个幸运的家伙，因为他没有受到蒙哥的清洗。从1263年海都开始崛起了，他联合别儿哥以对抗阿鲁忽。尽管战争在相互僵持，但是一些事件让海都有了崛起的机会。1265年阿鲁忽去世了，而别儿哥和旭烈兀分别在1265年和1266年都去世了。海都于是向东扩张进了塔里木盆地，为了解决这个威胁，忽必烈任命八剌为察合台汗，取代了兀鲁忽乃和木八剌沙的权力。海都统治了今天哈萨克斯坦共和国的大部分，八剌则控制着锡尔河以南的地区。1269年召开了一场忽里台大会，战争这才结束。
>察合台汗国（察合台可汗）
这个大会产生了塔拉斯盟约，这是一个中亚的和平约定，实质上这个盟约将察合台汗国分给了八剌和海都。但是这次大会居然没有邀请忽必烈，这说明蒙古人已经将忽必烈看成了汉人或者非蒙古人了。因为忽必烈以定居为中心的政策。
1270年伊儿汗国的阿巴哈挫败了八剌，八剌被他前任盟友和军队抛弃，不久之后就一命呜呼了。随后海都顺势控制了察合台汗国，虽然他找了一个傀儡来掩饰自己对权力的不合法掠夺。
随后海都将自己的注意力转向了忽必烈，由于海都从来没有承认忽必烈为大汗，他们之间的敌意极为强烈。海都和忽必烈的战争持续了几十年，但是双方都没有获得决定性的优势。在忽必烈去世后，他的孙子铁穆耳即位，战争仍然在继续。海都当时已经六十多岁了，不久后海都去世了。
随着海都的去世，蒙古帝国进入了和平时期，并且八剌之子，海都时期的傀儡都哇成了察合台汗国的真正统治者。而海都之子察八儿在北方统治着已经缩水的窝阔台汗国。最终察八儿被都哇打败，察合台汗国也慢慢地吞并了窝阔台汗国。
1307年都哇死后，帝国陷入了一连串的继位争斗中，直到答儿麻失里即位。他皈依了伊斯兰教，并鼓励察合台汗国伊斯兰化。
答儿麻失里的政策遭到了保守派的强烈抵抗，特别是在锡尔河以外的地区。最终因为自己的宗教和经济政策，在1334年被反对他的人杀害了。此后，察合台汗国继续存在，但是迅速的被分解了。其中一个军阀异密帖木儿逐渐巩固了自己的权利。帖木儿的王国最终覆盖了察合台汗国大部分以及伊儿汗国的领土。当时候出现了回光返照，帖木儿差点就重建了蒙古帝国，但是他在1405年死在了东征明朝的路上，后面他的帝国也迅速分裂成了许多小国家。
