海都是窝阔台第六子合失的儿子，他在成吉思汗的斡耳朵（帐殿）长大，曾在蒙哥汗处效力。在忽必烈与阿里不哥的争夺中，他站在阿里不哥一边。至元元年，阿里不哥向忽必烈投降后，他回到叶密立。
成吉思汗忽必烈为商讨如何处置阿里不哥，曾向钦察汗别儿哥、察合台汗阿鲁忽、伊利汗旭烈兀和窝阔台后王海都发出邀请，前三汗虽表示将在至元四年前来，但不久却相继去世，海都则以“牧马尚瘦”，借故拖延。这时，忙哥帖木儿、木八剌沙和阿八哈分别继承了钦察、察合台和伊利汗国的统治权。
成吉思汗时期，窝阔台受封别失八里以西、巴尔喀什湖以东地区，由于他的子孙阴谋背叛蒙哥，除河西以凉州为中心的阔端封地及其军队外，窝阔台后裔的军队都被剥夺和重新分配了。但海都曾在蒙哥身边效力，并且“是一个聪明、能干而又狡猾的人”，他竟然“设法从各处征集了二三千军队”，把自己重新武装起来①。
海都因支持阿里不哥未遂而对忽必烈心存不满和疑惧，他一方面抓紧扩充自己的实力，一方面与术赤后王改善关系，乘机占有了窝阔台原来的封地，割据自雄。并秣马厉兵，扩大实力，准备武装反叛。
海都的所作所为无疑会引起蒙古大汗的注意，但刚刚平定了李碹和阿里不哥之乱的忽必烈不愿连续用兵，与本家族成员再开战火，他一方面争取以和平的方式解除海都的威胁，加强国家对西北和中亚地区的控制②，一方面同钦察、察合台汗国建立联系，意在结成共同制约海都的联盟。
首先，他派遣长期在自己身边并能“出色地履行职责”的察合台四世孙八剌（察合台曾孙，木秃坚的儿子哈剌旭烈之子）前往河中，辅助木八剌沙。八剌到达后，废黜了木八剌沙，自己作了察合台汗国的君主，并按照忽必烈的意图，聚集兵力，准备进攻海都。同时，他选任聪慧辩识、办事果决的任拔都封地平阳地区达鲁花赤的乃蛮人铁连出使钦察、窝阔台汗国，并指示铁连先至钦察汗忙哥帖木儿处，与术赤后王结盟后，再至海都处。铁连既奉命，欲直造海都境，视其虚实，然后议于诸王。副者弗从，曰：“上命我辈先议于王，今遽造敌境，不可。”铁连曰：“亲承密旨，汝辈违则当诛。”副者惧而从行。即至，海都日召宗亲宴饮，将伺其隙谋害之。铁连乃厉声斥之曰：“且食，勿语！望语言脱口，相摭为罪耶！”良久，海都曰：“直哉！”海酒半，铁连求衣为欢，海都嘉其雄辩，将解与之，其妃止之，以皮服二袭付之。因语其属曰：“为使者当如是矣。”厚赠以行。既至拔都蒙哥铁木王（即拔都孙忙哥帖本儿——引者注）所，具告以故，王曰：“祖宗有训，叛者人得诛之。如通好不从，举师以行天罚，我即外应掩袭，剿绝不难矣。”铁连还，悉以事闻，因言于帝曰：“海都兵繁而锐，不宜速战，来则坚垒待之，去则勿追，自守既固，则无虑矣。”帝深然之。
八剌按照忽必烈的意图，掌握了察合台汗国的统治权；铁连的出使又得到了钦察汗配合讨叛的承诺，忽必烈成功地争取到了钦察汗和察合台汗的支持与合作，孤立了海都。同时铁连也掌握了海都的动向，并提出了所以制服海都的措施。忽必烈采纳了铁连的建议，虽然海都反状已明，却没有先事兴兵讨叛。“海都觇伺拔都王（即钦察汗忙哥帖木儿——引者注）为备已严，意乃帖然”③。
但是，海都仍担心同时也不甘心受到忽必烈的威胁，至元三年（1266），他进入高昌王境内，骚扰并掠夺了亦都护的属民。五年（1268），又击溃并洗劫了他们附近的、依附于（蒙哥合罕之子）玉龙答失的纳邻，再次引兵东向，进入高昌王境。忽必烈自岭北发兵，迎击海都于北庭（今新疆吉木萨尔破城子），乘胜追至阿力麻里。钦察汗忙哥帖木儿和察合台汗八剌也按照忽必烈的意图，聚集力量进攻海都。腹背受敌的海都兵败后先与忙哥帖木儿讲和，然后集中兵力迎击八剌。在胜负难分的情况下，窝阔台的孙子钦察斡忽勒居中调停，使他们停止互相攻击并结成了安答。此后，察合台、窝阔台两系联合攻打伊利汗阿八哈。在与阿八哈的战争中，八剌溃败并向海都求援。海都又乘机掠夺了八剌的财产并控制了察合台汗国。
至元七年（1270），八剌死，海都主持了八剌的丧事，先后立尼克拜和不花帖木儿掌管察合台汗国事务④。八剌和阿鲁忽诸子不服，举兵攻击海都，察合台与窝阔台后裔间再一次爆发战争。八剌长子伯一帖木儿和阿鲁忽的儿子出伯、合班投奔了忽必烈，后来，贵由的孙子察八忒也离开了海都，带着一些异密归附了忽必烈。不花帖木儿死后，由海都主持，又将察合台国的统治权交给了八剌的儿子都哇（《元史》又作笃哇、都瓦、朵哇）。察合台汗国又成了海都与蒙古大汗对抗的同盟。
鉴于海都势力的扩张，忽必烈一方面遣使令其罢兵，一方面加强了漠北和林和西北别失八里、火州、斡端等地区的防务。他派遣户部尚书、宗正府扎鲁火赤（扎鲁忽赤）畏吾儿人昔班出使海都，“使之罢兵，置驿来朝”。又于至元七年，以永兴府达鲁花赤汉人刘好礼为吉利吉思、撼合纳、谦州、益兰等五部断事官，治益兰。好礼“即于此州修库禀，置传舍”⑤，迁入中原的农民、军人进行屯垦，设工匠局管理迁入的工匠，意在将这一地区建成防御西北诸王的根据地。
至元八年（1271），忽必烈派皇子北平王那木罕（南木合）驻守阿力麻里。十年（1273），尼克拜与海都相攻，元军又乘机进兵察合台封地。
十一年（1274），元朝在天山南北的别失八里、斡端（又做忽炭，今新疆和田）、鸭儿看（叶儿羌，今新疆莎车）、沙州（今甘肃敦煌）等处置水陆驿站，加强西北与内地的交通往来，以便及时支援前线。
十二年（1275），叛军至漠北，围皇室祖陵。三日不去。八月，忽必烈再命那木罕率诸王镇守漠北，总领诸军，命木华黎四世孙、丞相安童辅佐，备御海都。随同镇守的还有诸王阔阔出（忽必烈第八子，那木罕弟），蒙哥的儿子昔里吉（又作失列吉、习列吉、失列及、失里吉、昔列吉、昔里吉、昔里——引者注），阿里不哥的儿子玉木忽儿（又作药木忽儿、约木忽儿、要木忽儿、要不忽儿、要忽儿、要木忽而、要木忽尔、要术忽尔、药木忽尔、岳木忽、岳木忽而、岳木忽尔、籰木忽尔——引者注）、灭里帖木儿（又作明里帖木儿、明里铁木儿、明理帖木儿、灭里铁木儿、灭里铁木尔），大汗诸弟岁哥都的儿子脱黑帖木儿（又作脱脱木儿、脱帖木儿、脱铁木儿、脱脱木、脱别铁木）、斡鲁忽台（又作兀鲁兀台），以及斡惕赤斤的孙子、忽必烈从弟察剌忽（又作札剌忽）等。但蒙哥和阿里不哥诸子对忽必烈一向不满，他们无意讨叛，却千方百计寻找机会脱离他。
十三年（1276）脱黑帖木儿、昔里吉、玉木忽儿、灭里帖木儿等相约叛乱。元将八鲁浑、粘闽相应，并率所统兵投奔海都。宗王牙忽都率兵追袭，擒八鲁浑。叛乱的主谋脱黑帖木儿，以帝位诱惑昔里吉说：“帝位将归于你，合罕使我们和我们的父亲们受了多少侮辱啊！”“我们把那木罕和安童那颜抓起来交给敌方吧。”于是他劫持了北平王那木罕、诸王阔阔出、牙忽都和丞相安童，将皇子送往钦察汗忙哥帖木儿处，将安童送给海都，希望借此与海都结成共同反抗忽必烈的联盟。他们遣使说：“你们有大德于我们，我们对此不忘，现将企图攻打你们的忽必烈合罕的宗王和异密们送交给你们；咱们不要互相算计，要联合起来打退敌人。”但海都没有同他们结盟，却企图利用他们在漠北牵制元军，以减轻本身受到的压力。他回话说：“我们很感谢你们，我们正希望你们这样做，请留驻于原地，因为（你们）那里水草很好。”⑥他们受海都的指使向窝阔台、察合台的斡耳朵进攻，扬言拔都的儿子们、海都和宗王们正带领大军从后面赶来，迫使游牧于那里的蒙古部落迁徙。
秋天，昔里吉等进犯漠北，抄掠诸部，掠祖宗所御大帐，占领吉利吉恩，俘虏益兰等州断事官刘好礼。
十四年（1277），叛王分道东进。四月，驻牧应昌（今内蒙古阿巴哈纳尔旗东南）的弘吉刺部首领只儿瓦台（又作只儿瓦歹、只里瓦歹、只里瓦带、只里斡台、只儿瓦台、折儿瓦台）起兵响应，围忽必烈之女囊加真公主于应昌城中。忽必烈急调诸王伯木儿、彻彻都，中书左丞博罗欢等北上，以伯颜统军讨伐昔里吉等。博罗欢等在应昌大败叛军，擒获只儿瓦台。
昔里吉等越过杭海岭（今杭爱山），右丞相伯颜与诸王别吉里迷失、兀鲁兀台与钦察将领土土哈（秃秃哈）、阿速将领伯答儿领兵往讨。先后与叛王战于纳兰不刺、秃兀刺河（今土拉河）和斡欢河（今鄂尔浑河）。斡欢河之战，双方“夹水而阵，相持终日”，被叛王劫持的诸王牙忽都与土土哈暗通消息，以为内应，从叛军内部扰乱其阵，伯颜等乘叛军军乱，“麾军为两队，掩其不备”，大败叛军，土土哈夺回被叛王掠走的祖宗大帐，昔里吉等溃逃。
十五年（1278），土土哈逾金山，击败叛军连结的外刺、宽彻二部，缴获大量羊马辎重。昔里吉败走也儿的石河，脱黑帖木儿等逃往吉利吉思。这年冬天，元以镇国上将军、汉军都元帅、女真人刘国杰领左、中、右三卫兵，戍守和林。元朝政府军又夺回了对漠北地区的控制权⑦。