13 世纪初期，成吉思汗统一了蒙古族各部，建立蒙古汗国。从 1219 年到 1225年间，成吉思汗率领的蒙古人征服了中亚地区。
到 1227 年成吉思汗去世时，蒙古汗国疆域的西部已经达到了里海东北部的札牙黑河（乌拉尔河）和里海一线，西南部抵达阿姆河流域，疆域空前辽阔。
1225 年，成吉思汗对他统治的这一广大疆域进行了分封。成吉思汗与其幼子拖雷管辖成吉思汗所属的 95 各千户，以及属户部放牧的“中央兀鲁思”（中央汗国）。
追随父亲征战沙场的另外三个儿子，即术赤、察合台、窝阔台与拖雷一样，都是成吉思汗的长妻所生。他们是蒙古汗国的栋梁，成吉思汗给他们每人分封了兀鲁思（领地）。
两大汗国的“创始人”
察合台(1185～1242 年) 是成吉思汗次子。在蒙古建国后的 1206 年时，成吉思汗曾分给他 8 个千户。此后他跟随成吉思汗伐金和西征，屡立战功。西辽灭亡以后，察合台兀鲁思的范围是在畏兀儿国（高昌回鹘）以西，巴尔喀什湖以东的地区内。经过 1225 年的成吉思汗分封后，察合台的封地向西扩大了许多。察合台系宗王以察合台兀鲁思为基础形成了察合台汗国。
窝阔台（1186～1241 年）是成吉思汗的三子，窝阔台一名的含义是“上进”。1206 年，成吉思汗曾分封给窝阔台 5 个千户，他的封地在阿尔泰山以西，一直延伸到叶密立（今新疆额敏县）。经过 1225 年的成吉思汗分封后，窝阔台兀鲁思东起额尔齐斯河上游西至巴尔喀什湖以东地区。
窝阔台汗国的封地是诸子中最小的。但封地的位置却十分重要，窝阔台兀鲁思的东面和北面是中央兀鲁思，西面是术赤兀鲁思，东南面是畏兀儿之地，西南面是察合台兀鲁思。
窝阔台兀鲁思处于当时东、西方交通要道，中央兀鲁思与术赤兀鲁思和察合台兀鲁思的交往都要经过其境，因此，虽然窝阔台兀鲁思地盘较小，但其战略意义却十分重要。
狭小的窝阔台兀鲁思不是窝阔台汗国形成的基础。以后的窝阔台汗国并非在窝阔台兀鲁思的基础上形成，而是窝阔台系宗王海都（窝阔台五子合失之子）武力扩张的结果。
同时，由于本系宗王担任大汗之位的缘故，窝阔台兀鲁思也没有形成长王主政、相对统一的家族政治体系。因此，窝阔台汗国是海都利用拖雷家族内部忽必烈和阿里不哥争夺大汗位的内战的有利时机发展形成的。它比原成吉思汗分封的地盘要大。
在成吉思汗死后的一百四十多年中，两大汗国基本上一直保持着友好同盟关系。
察合台汗国与窝阔台汗国之间的政治关系
察合台系与窝阔台系以及察合台汗国与窝阔台汗国之间的政治关系经历了三个时期：
第一时期是从 1219 年～1259 年，这一时期，两兀鲁思之间保持着友好同盟关系。
第二时期是从 1259 年～1301 年，这一时期，察合台系宗王依附于窝阔台汗国。
第三时期是从 1301 年～1370 年，这一时期，窝阔台系宗王依附于察合台汗国。
在第一时期中，这两个兄弟关系好是两大汗国关系好的基础。
成吉思汗在世之时，察合台一直拥护成吉思汗立窝阔台为大汗的决定。以后，察合台又坚持成吉思汗的遗言，让其弟窝阔台继位。
两兄弟之间在征服战争以及与其他宗王的斗争中结下了深厚的友谊。他们互相扶持。察合台虽为兄，却处处维护窝阔台的威望。窝阔台大汗尊重和信任察合台，两人的关系日益密切。
窝阔台即大汗位后便赐予察合台“皇兄”的封号，地位极为尊崇，可谓一人之下，万人之上。两兄弟之间一直保持着友好和睦的关系。
在察合台和窝阔台相继去世以后，窝阔台的继任者贵由以“儿子还在世上，孙子怎么能当继承人”为由废掉察合台的继任者哈剌旭烈兀，改立察合台的第五子也速蒙哥为继任者。
由于他们的名字确实不太好记，简单概括就是
贵由废了侄子的汗位，然后把汗位给了堂弟/堂哥。还有也速蒙哥和蒙哥不是一个人，但他俩是亲戚。
1248 年，贵由大汗死后，窝阔台系的大汗地位动摇。为了争夺大汗位，四个家族分成了两大阵营：术赤系和拖雷系结成了同盟，支持蒙哥即位大汗；察合台系除了被贵由废黜的哈剌旭烈兀支持蒙哥即位大汗位外，其余的察合台宗王则继续支持窝阔台系继任大汗。
于是，窝阔台系大部分宗王以及察合台系的大部分宗王拒绝出席拔都召集的忽里勒台。这一时期，窝阔台系与察合台系结成了反拔都同盟。
这次继承大汗位斗争的结果是拖雷家族获胜。拖雷长子蒙哥于 1251 年即大汗位。窝阔台兀鲁思被分割，察合台汗也速蒙哥被处死，哈剌旭烈兀重新被立为察合台汗。
蒙哥大汗将河中的一些地区划归支持蒙哥继位的拔都，察合台系宗王也遭到削弱。窝阔台系宗王和察合台系宗王在共同遭受蒙哥大汗打击的形势下，两个兀鲁思的同盟关系仍继续保持。但是，它们之间的关系已经开始发生了微妙的变化。
大汗继承权的失落，察合台汗不再是窝阔台系的藩臣，于是，察合台系宗王开始致力于本汗国的发展。两系宗王之间平等关系的建立，有利于察合台兀鲁思的独立。
1259 年 8 月，蒙哥大汗在四川合州钓鱼山去世。拖雷系宗王们为争夺大汗位继承权展开了激烈的斗争。蒙哥大汗幼弟阿里不哥和二弟忽必烈之间爆发了争夺大汗位的战争。
趁此机会，窝阔台系宗王海都开始了恢复其家族地位的斗争。从此掀开了察合台、窝阔台两个汗国关系的新篇章。
在第二时期中，察合台汗及其宗王成为窝阔台汗海都的附庸，追随海都南征北战，基本上没有独立处理内外事务的权力，察合台汗国依附于窝阔台汗国。
成吉思汗在世时，为了避免蒙古诸宗王以后争夺大汗位，曾以札撒的形式将大汗位固定下来。 曾下命令说，只要窝阔台还有一个吃奶的后代存在，他在继承方面的优先性就会高于其他系的子孙。由于有此法律依据，因此，海都争夺大汗位的战争名正言顺，得到大多数人的支持。
海都是一个意志坚定、具有远大理想的蒙古传统贵族。从 13 世纪 50～60年代，经过十多年的经营，海都利用传统蒙古人对大汗位继承家族的崇拜，将大批人马聚集在自己的旗帜下，为自己争夺大汗位积聚实力。
海都争夺大汗位的斗争主要分三个阶段：
第一阶段从 1259～1269 年，海都向中亚地区扩展势力，在本阶段海都与察合台汗阿鲁忽（1260～1265 年在位）发生了战争。
第二阶段从1269～1274 年，海都脱离忽必烈大汗的控制，以首领的身份召开塔剌思会议，与察合台汗国和钦察汗国组成反忽必烈联盟，塔剌思会议以后，察合台汗基本上听从海都的指挥。
第三阶段从 1275～1301 年，在海都与忽必烈争夺大汗位的战争中，察合台汗追随窝阔台汗海都多次出征。
最终没打赢，海都抗元斗争的失败将导致了窝阔台汗国的覆灭。海都与元朝皇帝争夺汗位的斗争因他去世而彻底结束。
在第三时期中，窝阔台汗国及其宗王依附于察合台汗国。
在海都与忽必烈争夺大汗位置的战争中，都哇一直随同海都作战。都哇有勇有谋，战术灵活，深得海都的赏识，成为海都的左右手。海都死后，长期在海都手下征战的都哇开始了自己的活动。
窝阔台系势力与察合台系势力的消长使都哇产生了复兴察合台汗国的念头。都哇由于长期跟随海都征战，在察合台、窝阔台两系中很有威望。海都的去世拉开了察合台汗国操纵窝阔台汗国事务的序幕。
这一时期可以划分为两个阶段：
第一阶段是从 1301 年～1310 年，
窝阔台汗国
依附于察合台汗国。
第二阶段是从 1310 年～1370 年，
窝阔台宗王
依附于察合台汗国。
在第一阶段中，察合台汗国通过与元朝的联合，最终灭亡了窝阔台汗国。窝阔台汗国的领土被察合台汗国与元朝瓜分。
海都去世前曾表示过要其子斡鲁思来继承窝阔台汗位。斡鲁思贤明、勇敢而且有才能，这使得都哇更加不会拥立斡鲁思即位窝阔台汗国汗。都哇想要控制窝阔台汗国，所以需要选立没有能力并且易于控制的窝阔台汗，于是都哇另选海都的儿子察八儿为窝阔台汗，以便于其对窝阔台汗国的控制。
1306 年，都哇死后，其子宽阇（1306～1308 年在位）即位察合台汗，继续实行与元朝友好的政策，并且加强了对窝阔台系宗王的控制。1310 年，察合台汗也先不花统治时期，窝阔台汗国完全被察合台汗国吞并，窝阔台汗国彻底灭亡。
在第二阶段中，在窝阔台汗国末代汗察八儿归降元朝之后，窝阔台系宗王并没有全部跟随察八儿归降元朝，窝阔台系宗王也并没有全部失势，一部分窝阔台系宗王则继续留在察合台汗国，成为察合台汗国的贵族。
窝阔台系宗王在察合台汗国也比较有势力，有的甚至还成为察合台汗。1347 年，察合台汗国分裂成东、西两部。西察合台汗国占据着河中地区；而东察合台汗国占据着锡尔河以东以北地区，还有一部分原窝阔台汗国的领地。随着 1370 年西察合台汗国的灭亡，窝阔台系宗王与察合台汗国之间的关系也结束了。
