在伊利汗朝时期的伊朗，中国和波斯文化发生了广泛的交流。1290年前期，伊利汗国仿效元代中国的钞法，在全国范围取缔金属货币，强制推行纸印钞币。这种钞币为长方形，上面还印有八个汉字。钞法只推行了极短促的时期，便因市场瘫痪而被迫取消。波斯语中的“纸币“（chaa）一词，至今保留汉语“钞“字的发音。合赞在位时奉命编写《史集》的拉施特，在了解有关蒙古的历史方面，从一个出使伊利汗朝并留居在那里的元朝官员孛罗丞相那里得到重要的帮助。拉施特的《史集》里还记录了直到南宋为止的中国历代王朝的年代记。中国医学名著《脉经》（王叔和著）也在拉施特的主持下被译为波斯文。蒙古驿传制度和元朝整治驿站的办法被伊利汗国仿效。元朝向文武官员颁发牌符作身份、权力象征及乘驿凭证的制度，也传入伊朗。波斯语中至今保留着“牌子“（paiza）这个词。伊利汗依蒙古制度组织轮番宿直的“怯薛“作自己的侍卫军。“怯薛“一词由此进入波斯语，到今天仍有“轮值“、“值班“的意思。

成吉思汗在世时，窝阔台和察合台的兀鲁思都被分封在今阿尔泰山和天山之间的草地上。在蒙古大汗的汗位转移到拖雷系（1250）的斗争中，窝阔台系诸王遭到严厉的镇压，份地被切割分离，势力大衰。察合台后王则因乃祖曾经出镇西域的便利，逐渐向天山以西直到阿姆河北的绿洲诸城伸展势力。而按蒙古旧制，农耕城郭之地本来应当是由大汗负责掌管的黄金家族共有财产。1260年初，忽必烈为争取西道诸王的支持，把阿尔泰山以西直至阿姆河之地交给察合台后王治理，标志着大汗正式承认了察合台后王对这个地区的实际控制权。不过这时候畏兀儿地区和今新疆南疆诸城镇还没有被察合台汗国所据有。

但是察合台汗国的势力，立即受到1260年前期迅速崛起的窝阔台后王海都的挑战。这个杰出的草原骑士是蒙古宗王中极少不嗜酒的人。他团聚窝阔台系诸王，乘当时多变的形势，将锡尔河以东的大片草原地区纳入自己势力范围，并因此与察合台汗国起衅。1269年，海都约察合台后王八刺、钦察汗忙哥帖木儿在塔刺思河举行三系忽里台，共同反对忽必烈和伊利汗朝。塔刺思大会标志了窝阔台、察合台后王正式脱离大汗的政治控制。八剌因为在河中的牧地不够，在海都支持下逾阿姆河攻击伊利汗国，兵败，不久死去。察合台汗国实际上成为听命于海都的附庸。

从1270年直到14世纪之初，元朝与以海都为首的窝阔台、察合台汗国为争夺畏兀儿及其以西的塔里木盆地沿边城市反复交战。为牵制元朝在天山南北的军事行动，海都多次攻入岭北（即蒙古草原），用这种战略迫使元军收缩在西部的战线。1290年，元朝被迫把畏兀儿王族迁到甘肃永昌。十三四世纪之交，元军退出畏兀儿及以西地区。火州（在今新疆土鲁番）成为察合台汗国东境的边城。1301年，海都率两系大军在阿尔泰山岭中的帖坚古之地与元朝交战，重创元军。但此后不久，他因病死去。中亚形势遂发生三方面的重大改变：一是由海都扶持的察合台后王都哇，在海都死后乘机坐大。两汗国之间势力对比开始逆转。二是两汗国改变与元对立的立场，以元朝承认他们在西北地区的既得权益及其政权的合法性为条件，与元朝约和。1304年，约和实现。三方共同向伊利汗朝诏告和平。这个消息，还通过伊利汗国传播到欧洲基督教世界。其三，元朝畏忌海都余威，趁察合台后王与窝阔台后王不睦，帮助察合台汗国削弱窝阔台汗国。1300年末，窝阔台系诸王曾掀起过一阵短暂的复兴活动，仍遭失败。不久，窝阔台汗国灭亡。

1310年前期，察合台汗国与元朝通使。但是不久以后，两家为瓜分交界地区的窝阔台牧地发生争执。西北战火重燃。这时伊利汗朝也采取行动，将渡阿姆河南侵的察合台军队逐回河中，由此形成东西夹击察合台汗国的形势。察合台大军再侵伊利汗境，后来在东线元军的军事压力下退兵。元朝乘这次攻势，曾将其军事布防线重新推进到畏兀儿地区，但为时不长，又复退回。

1331年，都哇之子答儿麻失里即位为察合台汗。这位有一个梵文名字的汗却放弃佛教信仰，皈依了伊斯兰教。从1330到1340年，察合台后王权威下衰，汗国逐渐形成分裂局面，中亚蒙古人也在这个过程中加快了融合进当地突厥语主体居民之中的节奏。

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