与此同时，忽必烈在汉地的做法，都产生了很好的效果，使他一时成了家喻户晓的人物。因而，后来的元代史家假借姚枢之口，评价忽必烈在汉地的影响时说：“诸路的民众，希望陛下治理汉地，就好像婴儿饥求母亲一样。”这种抬高忽必烈的言行显然犯了君臣大忌，一语道破了他不甘为人臣的天机。但直接点燃蒙哥、忽必烈兄弟间矛盾导火线的，是与藩王府有亲密关系的一些汉地官员，他们将本应缴纳给帝国财库的钱粮财物，私自截留并且奉献给了忽必烈，从而引起帝国派出的断事官们的极端不满。
断事官们既嫉妒忽必烈不可遏止的权力扩张，又忌恨忽必烈的行为打破了他们搜刮民财的美梦，于是纷纷向蒙哥进谗言道：“忽必烈获得了中原的民心，将会图谋不轨。”这就使本来就很警觉的蒙哥汗不能不采取行动。于是蒙哥借口藩王府诸位大臣“擅权为奸利事”，派出了以亲信阿兰答儿、脱因、囊加台、刘太平等人为首的庞大的财税稽查团，清查忽必烈治下的陕西、河南等汉地的钱谷，并且在关中设立钩考局，进行大规模的检核。
蒙哥发布命令进行这次检核，名义上是清算钱粮，实际上则是要对忽必烈及其幕僚官员下手，以斩断忽必烈的龙翼，使他永远不能飞腾起来。当时的形势非常严峻，钩考的目标非常清楚，全都集中在忽必烈所设置的经略司、宣抚司等衙门的官员身上。经过审查，总共罗列了一百四十二条罪状，藩府的幕僚全被罗织进去。阿兰答儿等人气焰嚣张，声称要杀死除史天泽、刘黑马以外的所有被审查的官员，一时形势紧张，幕府官员们人心惶惶，十分惊慌。而这时藩王忽必烈却在征讨云南大理政权的阵前，当他被蒙在鼓中的时候，蒙哥汗便下令解除了他在汉地的军权。何去何从，对忽必烈又是一次严峻的考验。如何解决兄弟之间的矛盾，关系着忽必烈的政治生命，对此，所有忽必烈的藩府官员们都捏着一把汗。当疲劳的忽必烈从云南前线返回关中后，才得知了检核钱谷的事情，他立即意识到了事态的严重性。因此，顾不上休息，赶忙召见他的谋臣姚枢问计。
姚枢向他分析这次灾祸产生的原因道：“王爷殿下，您的为人光明磊落，肝胆照人。但是，帝国的大臣们却不像王爷您一样。您的文韬武略，以及闻名遐迩的威望，都会引起某些人的莫名嫉妒，如果他们在大汗面前说您的坏话，说天下的百姓只知道有忽必烈，而不知有蒙哥汗，大汗将会怎么想？如果他们更进一步地说您收买汉地人心，图谋不轨，大汗又会怎么想呢？”姚枢的这一番分析，的确道破了这些事情发生的诱因。接着，富有智谋的姚枢又给他策划了缓和矛盾的方案，劝他回和林去见蒙哥汗，但不必质问，也不必对此事进行任何辩驳，甚至于就当没有发生这回事。姚枢认为，只要忽必烈回和林，并且连家眷也都带上，作长久滞留的打算，蒙哥就会自动下令将钩考局撤销，兄弟之间的误会就会自动化解。后来事态的发展也正如老谋深算的姚枢所预料的那样。于是，在别无良方的情况下，忽必烈只能冒着危险，提心吊胆地前去觐见蒙哥了。
1257年，一向呆在和林宫帐中的蒙哥汗突然一反常态，亲自率领军队来到了六盘山，并在此地驻扎了下来。这年冬天，忽必烈带着家眷前来觐见了蒙哥。对于忽必烈的突然前来觐见，蒙哥汗着实吃了一惊，他还以为忽必烈的到来有着不可告人的目的。因而，他让大臣们提前作了严密的防备，并让人通知忽必烈，只准许他一人进入宫帐，以防不测。由此可见，当时蒙哥对忽必烈的疑惧是很深的。但当见到这位风尘仆仆、忧惧参半的亲弟弟时，蒙哥忽然想起了往日那失去父亲、兄弟们相依为命的艰难生活，触景生情，兄弟俩什么话也说不出来，只是相对无言地哭泣。一切都无需解释，毕竟血浓于水，兄弟之间的一场误会便这样冰消瓦解了。之后，蒙哥汗很快撤销了钩考局，这一事件便不了了之，但为了给蒙古贵族一个交代，还是把忽必烈在漠南汉地设立的宣抚司、经略司等机构全部撤销。忽必烈也交出了自己的权力，乐得暂时休整一下五六年来鞍马劳顿的身心。
表面看来，似乎这次危机是蒙哥与忽必烈兄弟萧墙之内的冲突，就像历代的兄弟阋墙的做法一样，是为了争夺统治权的斗争。但实际上，这场冲突在实质上，却是以蒙哥为代表的蒙古帝国，与忽必烈的初步联合蒙、汉地主阶级的松散小封国之间的真正的第一次激烈冲突，虽然这次冲突以和平而非血腥的方式解决了，但实际问题并没有得到真正解决。这场矛盾和冲突也清楚地表明，以忽必烈为代表的蒙汉地主集团的势力正在逐渐壮大，并且形势的发展也必将再次使这个集团接受汉法，否则，蒙古帝国统治中原的梦想就难以实现。对此，忽必烈是心知肚明的。
这次危机，尽管忽必烈作了让步与牺牲，但他的羽翼并没有受损，他所拉拢经营的势力以及他本身的力量都在积蓄着，只是在等待更好的时机罢了。
旭烈兀西征
在消灭花剌子模国的残余扎兰丁后，蒙古军继续驻留在波斯，对波斯各地进行征服活动，尽管经过了二十年，却没能将波斯全部征服。野心勃勃的蒙哥大汗在1251年的忽里勒台上决定，进行两大远征，一为南进，二为西征。大汗把这次西征的任务交给他的弟弟旭烈兀，旭烈兀担负着消灭仍在波斯和美索不达米亚地区残存着的两股宗教势力的任务：在马赞达兰的亦思马因派（伊斯兰教什叶派的一支，今译为伊斯玛仪派）伊玛木们的木剌夷国，和在报达（巴格达）的阿拔斯哈里发王朝。其中木剌夷国人凶狠残暴，屡次劫持蒙古商旅，蒙哥大汗为了维护大蒙古国的权益，扩大疆土，远征波斯，以图在该地建立一个统一的政权。指派给旭烈兀的任务是征服叙利亚，“从阿姆河两岸到密昔儿（埃及）国土尽头的广大地区内，都要遵循成吉思汗的习惯和法令。对于顺从和屈服你命令的人要赐予恩惠和善待他们，对于顽抗的人要让他们遭受屈辱”。
蒙哥大汗命蒙古各系诸王从自己的军队中，各十抽其二，以近亲统率，从旭烈兀西征，其中包括一千多名从内地招来的使用火药武器的汉族军人。原在西域作战的各军，也全部划归旭烈兀的西征军之列，如：远征印度撒里的军队，正在波斯作战的军队，在呼罗珊、马赞达兰之岱儿巴图的军队，以上三支军队的兵力约有五万人。这样，旭烈兀西征军的总兵力有十万人。同时，蒙哥汗派幼弟雪别台去跟随旭烈兀，还派了术赤第五子昔班的第四子孛勒合（巴剌海）、术赤第七子不哇勒的次子明合答儿之长子秃塔儿、术赤长子斡儿答的次子忽里，参加了旭烈兀远征。
根据蒙哥汗的谕示，旭烈兀确定了作战指导思想：首先，以蒙古军为骨干，附以藩王从征诸军，一举歼灭木剌夷国的军队，进而进攻报达、叙利亚、埃及诸国，占领波斯全境，建立一个新的大汗国。其次，先谕敌以恩威，招降绥抚为主；如遇到抗拒，立即摧毁其城堡，消灭其军队。
1252年7月，怯的不花为先锋率一万二千人先行。1252年12月，旭烈兀将其封地（今山西省西南和陕西省中部）委任其次子出木哈儿管理，他令宗王孛勒合、秃塔儿率术赤系从征之军为前锋，自己与其长妻脱古思、妃子完者、长子阿八哈等人率主力西行。行至阿里麻里，宗王帖古迭儿率领的察合台系军队加入大军。1254年夏，驻扎在突厥斯坦。1255年9月，抵达撒马耳干。1256年1月2日渡过阿姆河。1256年6月到达木剌夷境内。
木剌夷国的军队总兵力有十万余人，在库希斯坦（今阿富汗西北部和伊朗东北部）境内有六七万人，在鲁德八儿区（今伊朗北部、里海西南鲁德巴尔一带）守兵有五六万人。在旭烈兀西征军怯的不花率前锋进入木刺夷境内时，首先攻下库希斯坦的几个城堡，而后围困其要堡古儿都苦。在此期间，怯的不花部先后消灭木剌夷军五万余人，削弱了鲁克赖丁的实力，至鲁克赖丁嗣位之时，旭烈兀西征大军，已通过撒麻耳干，向其国境迫近。后旭烈兀率领西征军进驻水干城，命拜住带领军队移居小亚细亚。同时命亚美尼亚和格鲁吉亚的公爵们，领军参加远征。而后，旭烈兀大军进至撒瓦。派库喀伊尔喀率部支援怯的不花，合攻库希斯坦诸堡。两位将军攻克秃温（今伊朗东部呼罗珊省费尔道斯）后，与旭烈兀大军会合。旭烈兀继续经过徒思（今伊朗东北部马什哈德），抵达尼沙不耳州哈不衫（今伊朗东北部萨布泽瓦尔），派贝克帖木克赴木刺夷谕降。木剌夷拥有重兵，凭险据守，未可即下。旭烈兀遂采取逐步消耗的策略。
1256年6月，鲁克赖丁见旭烈兀大军步步压境，感到无力自保，故派其弟沙歆沙去旭烈兀统帅部请降。旭烈兀致书鲁克赖丁说，若鲁克赖丁毁其城堡，亲自来营谒见，可保其国不受损害。鲁克赖丁接到旭烈兀的信之后，毁其数堡，并把部分要塞削平。旭烈兀亦命拜住的帐前将军牙撤兀儿，退出木剌夷边境。但是，鲁克赖丁对出谒一事，则请宽限一年。1256年9月，旭烈兀于比斯塔姆，再对鲁克赖丁谕以恩威，命其来见。鲁克赖丁仍请求宽限，并请求除保有阿剌模特（今伊朗西北部吉兰首府拉什特）、兰巴撒耳（今伊朗北部里西南的兰加鲁德附近）、刺勒三堡外，其他诸堡一律献出，并说业已命令吉儿都苦堡和库希斯坦守将，赴营纳款。鲁克赖丁以为冬寒将临，旭烈兀大军不可能冒寒继续作战，故作口头退让，以拖延时间，等待蒙古退军。旭烈兀认为鲁克赖丁没有投降诚意，决心以武力解决。
1256年11月，旭烈兀把全军分为三路，向木剌夷国都堡——麦门底司堡（今伊朗剑北部吉兰省与马赞达兰省交界之厄尔布尔土山中）进攻。经激战，鲁克赖丁军不支，被迫于11月19日投降。旭烈兀派鲁克赖丁到各处劝降，并乘势攻下亦思马因派所据各城。12月20日阿剌模特堡守军投降，旭烈兀将鲁克赖丁遣送蒙哥大汗处。1257年初，鲁克赖丁被蒙哥大汗派人在半路杀死，他的族人也都被处死，木剌夷被完全平定。这支教派曾令十二世纪的塞尔柱的苏丹们束手无策，曾使塞尔柱苏丹国和哈里发王朝怕得发抖，曾作为一种促进因素，助长了整个亚洲伊斯兰社会的腐化和分裂，现在终于被铲除了。
1257年3月，驻守阿哲儿拜占（阿塞拜疆）的拜住将军，来波斯哈马丹会合（拜住曾两次欲取巴格达皆未成功），旭烈兀偕同拜住等继续西征。接着，旭烈兀准备攻打报达的阿拔斯王朝的哈里发（伊斯兰教教职称谓。中国伊斯兰教俗称“海里凡”。阿拉伯语音译，原意为“代理人”或“继位人”。《古兰经》中有“我必定在大地上设置一个代理人”的经文。穆罕默德及其以前的众先知即被认为是安拉在大地上的代理人、代治者。后该词被用于指称穆罕默德逝世后继任伊斯兰教国家政教合一的领袖），他是伊斯兰教逊尼派的精神领袖和伊剌克境内一小块世俗领地的君主。9月，旭烈兀派遣使者要求哈里发投降，当时在位的哈里发穆斯台耳绥姆（又译为谟斯塔辛，1242至1258年在位）很平庸。
旭烈兀在给哈里发的信中，采用历史上未曾有过的那种傲慢的措辞：“你知道自成吉思汗以来，蒙古军队给世界带来了怎样的命运？秉承天意，花剌子模王朝、塞尔柱王朝、戴拉木王朝和各阿塔卑王朝遭受了怎样的屈辱！然而报达的大门从未对他们关闭过，他们在报达建立过他们的统治。我们拥有强大的力量，怎么能够拒绝我们进入报达呢？当心不要以武力反对军旗。”
血洗巴格达
傲慢的哈里发，他漫不经心地听着蒙古使者宣读的旭烈兀的警告信，他选择蔑视这一庄严的警告，拒绝交出阿拔斯朝的世俗领地，这是他的祖先们从波斯的最后一批塞尔柱人手中夺回来的。他作为穆斯林世界的宗教首领，反对成吉思汗后裔的帝国。
他在给旭烈兀的回信中道：“你这个没有经验的年轻人啊，才得志十日就自信已为世界之主。你还不知道从东方到马格里布，从帝王到乞丐，所有信奉安拉者，皆为我的臣仆，我可以把他们召集起来。”这是徒劳的恐吓。叙利亚和埃及的阿尤布朝苏丹害怕蒙古人逼近，不敢行动，旭烈兀及其萨满教、佛教和聂思托里安教的将军们对哈里发向他们发出的预言毫不理会。
蒙古军于1257年11月开始进攻报达、即今伊拉克的巴格达。巴格达一词是波斯语，是由巴格和达德两个词组成，意为真主的礼物。巴格达位于伊朗萨珊王朝古都——泰西封附近，位于底格里斯河西岸。根据该市的名称，巴格达城是伊朗人建立起来的。阿巴斯王朝的缔造者在伊朗人的帮助下，推翻倭玛叶王朝之后，将伊斯兰世界的都城由大马士革迁移到了巴格达，而在此之前巴格达只是一个村镇。
拜住的右翼军经毛夕里（摩苏尔）之路逼近，与不花帖木儿和速浑察所率部队会合，在底格里斯河西岸从后方进攻报达，术赤系诸王孛勒合、秃塔儿、忽里率领的军队也划归拜住指挥。旭烈兀的杰出统帅——乃蛮部人怯的不花（他是聂思托里安教徒，是基督教的一支，即唐代传入中国的景教，总部设在波斯）、忽都孙率左翼军，沿卢里斯坦道向报达城进军。最后，旭烈兀的中军从哈马丹出发，经乞里芒沙杭（克尔曼沙赫）和火勒汪（霍尔湾）南下到底格里斯河畔。到1258年1月18日各路蒙军已经重新会集，旭烈兀在报达东郊扎营。哈里发的少数部队在企图阻止蒙军围城时，已于前一天被击溃。
1258年1月22日，蒙军将军拜住、不花帖木儿和速浑察移军占据底格里斯河西郊阵地，而在河的另一边，旭烈兀和怯的不花逐渐向前缩小包围圈。哈里发企图与蒙古人媾和，派宰相阿勒卡米到蒙古军中，他是一位热情的什叶派教徒，可能在感情上与蒙古人有共通的地方。哈里发还派了聂思托里安教徒马基哈去到蒙古军中。但是，为时已晚。经过猛烈的攻击（2月5日和6日），蒙古军已经占领了东部的所有堡垒，被围攻的市民们除了投降外，别无选择。守城士兵们企图逃跑，但蒙古人俘虏了他们。