1260年八月，也松格所率的先锋军与药木忽儿二人率领的东路军于麻思契之地相遇，双方随即展开激战，也松格率军三进三出，将东路军击溃，而后进逼至和林。
与此同时，沿河西走廊回撤的浑都海二人在行至甘州时，与阿兰达儿所率的西路军相遇了，二人决定合兵一处，不再北返，继续南下进攻川陕之地，但这一计划却没有得到另一名掌军大将哈剌不花的支持，他认为兵戈大事如此反复，定然不会成功，于是便率领本部兵马离开了他们，自行返回草原。
浑都海与阿兰达儿也没有强迫他必须留下，二人率军再次折返回关中，并遣使秘密联络远在四川的纽璘，许以高官厚禄，希望与他南北呼应，夹攻川陕之地；此时的纽璘已经被忽必烈下诏放了出来，面对着他们的拉拢，他不为所动，反而将他们返回关中的消息主动禀告给了忽必烈。
在接到这个消息后，忽必烈不敢耽误，一面命令汪良臣及八春二人统军迎敌，一面命令追随他的亲王合丹（窝阔台第六子）、合必赤（哈撒儿之子）等人率军前去支援。
九月，双方于删单（今甘肃山丹县）展开决战，浑都海与阿兰达儿不敌，被斩杀于此，合丹与八春等人乘胜追击，趁机将畏吾儿地区也控于毂中。
阿里不哥没想到自己的东西两路军都溃败的如此之快，完全被忽必烈打了个措手不及，此时的和林已经混乱不堪，因为这里的日常物资供给都必须要从汉地运过来，但自从阿里不哥与忽必烈开战之后，忽必烈便掐断了对于和林的物资供应，导致这里的物价一涨再涨，饥荒也随之而来。
在这种情况下，阿里不哥决定主动放弃和林，率军退往自己的封地乞儿吉思（今蒙古国乌布苏省吉尔吉斯湖附近）。
除此之外，阿里不哥还派遣了他的‘铁杆追随者’——阿鲁忽（察合台之孙，拜答儿之子）返回察合台汗国，他交给了阿鲁忽三个任务：
一、征兵和筹集军械粮草
二、防备西方的旭烈兀，阻止对方东援
三、杀掉忽必烈派往察合台汗国的使者——阿必失哈（察合台之孙，木阿秃干之子）
阿鲁忽得令后，如离弦之箭一般返回了察合台汗国，在他抵达可失合儿（喀什）边境时，已经聚集了十五万人马，不仅如此，他还娶了察合台汗国的实际掌权人，哈剌旭烈的遗孀——兀鲁忽乃。
在掌握了如此强大的军事力量后，阿鲁忽却表现出了一副暴发户的嘴脸，以前自己没实力，面对着阿里不哥的颐指气使他只能唯唯诺诺，现在自己手里有兵有粮，而且阿里不哥想赢很大程度上还要依靠自己的支持，阿鲁忽自然不甘心继续在阿里不哥的面前装孙子。
于是在阿里不哥再一次派来使者催促他出兵时，阿鲁忽再也忍不了了，他也同样干了三件事回应阿里不哥：
一、扣留了阿里不哥的财物
二、杀掉了阿里不哥派来的使者
三、遣使去往忽必烈处，与他通好
过河拆桥，不外如是。
阿鲁忽这哥们，忒不讲究！
公元1261年九月，经过休整的阿里不哥率领十万骑兵突袭了驻守在漠北的也松格，在击溃对方之后趁势越过漠南，开始了对忽必烈的第二次进攻。
忽必烈也不甘示弱，亲率十五万大军北上，在和林南侧的昔土木脑儿（昔土木湖，位于今内蒙古锡林郭勒盟）展开大战。
面对着阿里不哥所率领的十万精锐蒙古骑兵，忽必烈将己方的十五万大军分为左中右三路列阵，其中左右两侧为蒙古骑兵，中间是汉军步兵。
忽必烈这么布阵也确实是出于无奈，虽然己方人多，但是骑兵太少了，在冷兵器时代，尤其还是在平原地形上，以步兵对骑兵，胜算是很低的，所以他只能让精锐的蒙古骑兵位于两侧，用来保护位于中央的步兵军团。
阿里不哥也发现了忽必烈方的劣势，于是便主动发起了进攻，企图速战速决，毕其功于一役。
左右两侧的战事自不必说，毕竟都是蒙古骑兵，战法和战术基本没有任何区别，短时间内很难分出高下。
中间的步兵军团才是此次作战的关键点，在面对着蒙古骑兵密集的箭雨时，汉军步兵们没有坐以待毙，他们选调出了一批强弓手同样以箭矢回击，而后又以长矛加盾牌的组合正面迎战，短时间内倒也没有落入下风。
如此大战了一日后，双方谁都没有占到便宜，阿里不哥兵马略少，于是便主动收军回营，等待援军的到来。
次日，阿速台率领数万援军赶到，阿里不哥大喜，自觉胜券在握，于是再次主动发起了进攻。
忽必烈见状，暗道不妙，但却只能硬着头皮迎战。
可面对着人数相当的蒙古骑兵时，步兵的劣势就显现出来了，忽必烈一方的士兵逐渐招架不住，落入了下风。
就在此为难之时，忽必烈决定孤注一掷，他命令史天泽率领汉军中仅存不多的三千骑兵绕到阿里不哥后方，伺机对他们的薄弱处展开进攻，希望能挽救战场的颓势。
史天泽也不负众望，敏锐地发现了对方的一处漏洞，在塔察儿的配合下击溃了阿里不哥的右路军，帮助忽必烈稳住了阵脚。
但即便如此，其余两路的作战也让忽必烈损失惨重，无力扩大战果，两军再次打成平手。
在此战过后，双方暂时达成默契，没有继续开战，反而在原地修筑工事营帐，展开对峙。
正所谓屋漏偏逢连夜雨，厄难专挑苦命人，就在忽必烈与阿里不哥在昔土木脑儿对峙的同时，忽必烈的后院起火了。