1256年，旭烈兀灭亡了木剌夷国。接着，又攻下阿拔斯哈里发的报达国（巴格达）。1259年，进军苫国（叙利亚）京城大马司（大马士革）。算端（今译苏丹，回教国君主）纳昔儿弃城逃走。但在密昔儿（埃及）援军的反攻下，蒙古军又退出苫国境。旭烈兀留居帖必力思，建立了伊利汗国。
至此，成吉思汗建立的蒙古国，经过三次西征，在兀鲁思的基础上，形成了钦察汗国、察合台汗国、窝阔台汗国和伊利汗国。四大汗国的汗，本是中央分封出去的四个最高军政首领，与中央保持有藩属关系，直接向大汗负责。不过，后来，为争夺大汗权位，各汗国的汗矛盾激化，再加上各汗国间缺乏必要和有力的经济联系，这个松散的联合体日趋瓦解。其中，钦察汗国和伊利汗国独立，而窝阔台汗国由于窝阔台（太宗）和他儿子贵由（定宗）相继被选为大汗，其领地一直归中央管辖，实际上没有形成单独的汗国。
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