蒙古三次西征，鐵騎所到之處紛紛歸附蒙古，由蔥嶺至東歐的廣闊土地多為蒙古所佔。第一次西征由成吉思汗率領，西征之後，成吉思汗將征服所得的土地分封給兒子作為領地，在此基礎上先後建立了窩闊台汗國和察合台汗國。第二次西征由成吉思汗的孫子拔都率領，拔都在西征後於被征服的土地上建立了欽察汗國。第三次西征由成吉思汗的孫子旭列兀率領，西征之後，他同樣在被征服的土地上建立自己的汗國，稱為伊利汗國。這樣，蒙古人在東亞大陸蒙古本部之外，先後建立了欽察汗國、察合台汗國、窩闊台汗國和伊利汗國四大汗國。後三個汗國在相互爭鬥中先後滅亡，只有欽察汗國一直延續到十五世紀二十年代以後才漸漸衰落以至於滅亡。
欽察汗國亦稱金帳汗國或朮赤兀魯思，由成吉思汗的孫子拔都創立，從1243年一直延續到1420年前後。
1243年，拔都率領蒙古軍第二次西征，西征之後拔都回到伏爾加河畔。建立了東起額爾齊斯河，西到俄羅斯，南起巴爾喀什湖、里海、黑海，北到北極圈附近的遼闊廣大的欽察汗國，都城位於伏爾加河下游的拔都薩萊城(今阿斯特拉罕附近)。
在汗國內，拔都的十三個兄弟及其後裔各有世襲封地，擁有軍隊。蒙古軍事貴族統轄的萬戶、千戶、百戶、十戶既是行政單位，又是軍事單位。拔都的兄長斡爾達及其後裔據有今西伯利亞、哈薩克斯坦，形成了白帳汗國。貴由大汗去世後，拔都支持蒙哥奪取大汗位，打擊窩闊台、察合台兩系勢力，乘機佔有河中地區。 1255年，拔都去世。
汗國內居民成份複雜，社會發展水平不一。由於統治民族蒙古人佔少數，因此他們逐漸突厥化。到十四世紀前葉，蒙古人已使用突厥語。拔都之弟別兒哥在位時(1257年～1266年)，名義上仍對蒙古大汗稱藩，實際上汗國已成為獨立國。別兒哥因同伊利汗國爭奪高加索地區，無力東顧，於是河中地區被察合台之孫阿魯呼佔領，別兒哥便支持窩闊台之孫海都對阿魯呼作戰，幫助海都崛起。拔都之孫忙哥鐵木爾繼位(1266年～1282年)，得到忽必烈的正式冊封。 1277年，蒙哥之子昔里吉背叛元朝，劫走皇子那木罕，送到與海都聯盟的欽察汗國拘留了數年。直到1282年脫脫蒙哥繼位時，那木罕才被放回。
1302年，欽察汗國脫脫汗出兵協助元朝攻打察合台後王篤哇、窩闊台後王察巴爾，篤哇、察巴爾戰敗，歸順元朝。 1308年，元武宗遣使冊封脫脫為寧肅王。後來月即伯繼欽察汗位(1313年～1341年)，1314年元仁宗遣使冊封，予以承認，此後雙方經常遣使往來。 1336年，月即伯遣使請求領取分地歲賜以賑給軍站。 1337年，朝廷專設一總管府掌管朮赤後王平陽等處分地歲賜，每年按額發給。
月即伯在位時，汗國達到極盛時期。遷都到別爾哥薩萊城(今俄羅斯伏爾加格勒附近)，與伊利汗國、埃及等國通好，對外貿易興隆。伊斯蘭教在伏爾加河下游廣泛傳播，此後欽察汗都信奉伊斯蘭教，部分蒙古牧民也伊斯蘭化。
十四世紀後期，蒙古貴族對外不斷進行掠奪戰爭，內部又互相爭鬥，使汗國走向衰落和瓦解。十五世紀二十年代初，欽察汗國祇剩下有限的疆土，被稱為大帳汗國。
察合台汗國是成吉思汗次子察合台的封國，最盛時其疆域東至吐魯番、羅布泊，西及阿姆河，北到塔爾巴哈台山，南達興都庫什山，主要在今新疆及中亞一帶，1346年因內部鬥爭而陷於分裂。
西征後，成吉思汗分授諸子封地，察合台得到了從畏兀兒境一直延伸至河中草原的廣大地區。察合台的大帳設在阿力麻里附近的虎牙思，河中城郭地區由大汗直接派官管轄。察合台曾企圖排擠窩闊台汗在河中地區的勢力，遭到窩闊台汗的製止。 1241年，察合台卒，次子抹土乾之子合剌旭烈繼位。
貴由繼汗位後，廢合剌旭烈，改立也速蒙哥為察合台汗國之汗。蒙哥時期，合剌旭烈妻殺也速蒙哥，自攝國政。
忽必烈即位後，遣抹土乾之孫巴剌持詔回國繼承汗位。 1269年，巴剌與海都在答剌速河畔舉行大聚會，劃分了各自在中亞的勢力範圍。巴剌之子篤哇在海都支持下即位，從此察合台汗國被海都所控制。
篤哇、海都經常侵擾元朝邊境，攻掠畏兀兒地區。 1298年，篤哇又襲擊駐守於金山一線的元朝軍隊，俘殺守將汪古部首領闊里吉思。 1301年，篤哇、海都率軍與元朝軍隊大戰於帖堅古山（阿爾泰山與札卜哈河之間），篤哇中箭受傷，海都亦受傷致死。篤哇與海都之子察巴爾被迫向元成宗請和，重新承認元朝皇帝的宗主地位。不久，篤哇與元朝聯兵擊敗察巴爾，吞併了大部分窩闊台汗國領地。 1306年，寬徹繼立為汗，繼續實行與元朝友好的政策。耶先布華統治汗國時期，為擴大牧場，率軍入侵元朝，被元軍擊敗。為了彌補損失，他又入侵伊利汗國，元軍乘機再度深入中亞草原，他才被迫撤兵。
怯別統治時期，與元朝恢復友好關係，雙方經常遣使往來。汗國統治中心逐漸西移。 1330年，怯別弟篤來鐵木兒繼承汗位。同年，元政府頒布《經世大典》，其中附圖稱察合台汗國為篤來鐵木兒屬下，與欽察汗國、伊利汗國相並列。
敞失汗統治時期，阿力麻里是汗國東部最重要的城市，羅馬教廷派出許多傳教士到此傳教。不久，敞失被謀殺，其弟也孫鐵木兒繼位。從也先不花到也孫鐵木兒，察合台汗一直維持著統一。
合贊汗死後，察合台汗國陷於分裂，各部諸侯自立為可汗。順帝至正六年(1346年)，多乎剌氏貴族擁立吐乎魯鐵木兒為汗，統一汗國。二十二年(1362年)，吐乎魯鐵木兒死，河中地區鐵木兒勢力迅速發展，東部仍在吐乎魯鐵木兒後裔統治之下。
窩闊台汗國由成吉思汗第三子窩闊台的後代海都所建，佔有耶密立(今新疆額敏縣附近)與霍博(今新疆和布克賽爾蒙古自治縣)地區，位於察合台汗國的北方。
蒙古大汗蒙哥死後，阿里布哥與忽必烈爭奪大汗位，海都依附於阿里布哥，與忽必烈為敵。阿里布哥失敗後，海都拒絕歸附忽必烈。至元五年(1268年)，海都開始舉兵東犯元境。他與察合台汗國的巴剌相結納，取得伊犁河谷與可什哈爾（今新疆喀什)地區，並糾集窩闊台、察合台、朮赤三系諸王，1269年在答剌速河(今塔拉斯河)畔召開聚會。
巴剌死後，察合台汗國實際上成為海都所操持的附庸，它的統治者篤哇追隨海都，多次進擾元朝的西北邊境。海都統治下的窩闊台汗國所控制的地域，西至可什哈爾與答剌速河谷，南及天山南坡諸城，東抵哈剌火州(今新疆吐魯番)，北有耶爾得斯河(今額爾齊斯河)上游之地，成為中亞的一大勢力。
1301年，海都犯元境，在與元軍戰鬥中受傷，回師途中死去，其子察巴爾繼位。窩闊台後裔為爭奪汗位發生矛盾和分裂，汗國力量削弱。 1304年，篤哇起而與察巴爾爭戰，大掠其國西部諸城。元朝海山的軍隊同時跨過阿爾泰山，大破察巴爾軍，察八兒投奔篤哇。窩闊台汗國所屬諸部，一部分歸附元朝，大部分降於篤哇。 1309年，察巴爾因參與察合台汗國的一次內爭失敗，逃歸元朝，元封他為汝寧王。他的領地大半為新即位的察合台汗耶先布華所有，窩闊台汗國亡。
伊利汗國由成吉思汗第四子托雷之子旭烈兀所建，在十三世紀中葉至十四世紀中葉統治波斯一帶。
1252年，蒙哥命旭烈兀西征波斯等地。忽必烈即位後，命旭烈兀統領阿姆河以西直至密西爾（今埃及）的遼闊土地。旭列兀建立了伊利汗國，領土東起阿姆河和印度河，西麵包括小亞細亞大部分地區，南抵波斯灣，北至高加索山。旭烈兀以蔑剌哈(今伊朗阿塞拜疆馬臘格)為都城，設宰相掌管全國政務，任命了各省長官。
1265年，旭烈兀子阿巴哈繼立，元朝賜他“輔國安民之寶”方印。阿巴哈即位後，始定都於桃裡寺(今伊朗阿塞拜疆大不里土)，以蔑剌哈為陪都。 1284年，忽必烈遣孛羅丞相等出使伊利汗國，阿魯渾汗將他留在汗庭參議政事。
第七代伊利汗合贊統治時期，改奉伊斯蘭教為國教，國勢頗盛。 1298年，合贊遣使入元朝，貢珠寶等物。蒙哥時，曾以彰德路為旭烈兀分地，這時，成宗就將旭烈兀分地歷年應得歲賦賜合贊，並賜“王府定國理民之寶”方印。合贊大力進行社會改革，制定新的土地、賦稅、驛站、貨幣等製度，限制蒙古貴族、將校和官吏對人民橫徵暴斂，使農業、工商業得到發展，財政收入增加。他還鼓勵發展科學文化，在首都興建天文台，設立學校，命宰相拉施特編纂《史集》。
第九代伊利汗不賽因死後，統治集團內訌迭起，權臣、大將各自擁立可汗，紛爭不已。 1355年，欽察汗國札尼別汗攻占桃裡寺，伊利汗國亡。