由窩闊臺後王海都所建的蒙古汗國。成吉思汗分封諸子，第三子窩闊臺得到葉密立（今新疆額敏縣）與霍博（今新疆和佈克賽爾蒙古自治縣）地區。窩闊臺被推戴即大汗位時，與會諸王曾立約：大汗位當永屬他的後嗣，誓不改奉他系宗王。窩闊臺在位時，葉密立地區成為其長子貴由的封地，次子闊端則封於河西一帶。貴由死，蒙哥即位，大汗位便由窩闊臺系轉入拖雷系後王手中。窩闊臺系後王中，除闊端與蒙哥友好，得到蒙哥的信任，仍以河西之地為其封地外，其他諸宗王則多予遷謫：合丹（窩闊臺第六子）遷於別失失八裡，滅裡（第七子）遷於也兒的石河（今額爾齊斯河），海都（第五子合失之子）遷於海押立（今蘇聯哈薩克塔爾迪·庫爾幹東），脫脫（第四子哈剌察兒之子）遷於葉密立，蒙哥都（闊端之子）及窩闊臺三皇後乞裡吉忽帖尼遷於闊端封地之西，昔列門（第三子闊出子）、忽察、腦忽（均為貴由子）被發往中原和高麗充軍。窩闊臺的封國被分劃成幾處小的封地。蒙哥死後，阿裡不哥與忽必烈爭奪大汗位，海都依附於阿裡不哥，與忽必烈為敵。阿裡不哥失敗後，海都拒絕歸附忽必烈。至元五年(1268)，開始舉兵東犯元境。他與察合臺汗國的八剌先是互相爭戰，繼而相結納，取得伊犁河谷與可失哈耳（今新疆喀什）地區，並糾集窩闊臺、察合臺、術赤三系諸宗王，在答剌速河（今塔拉斯河）畔召開忽裡臺（1269年，另一說為1267年）。八剌死後，察合臺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。海都統治下的窩闊臺汗國所控制地域，西至可失哈耳與答剌速河谷，南及天山南坡諸城，東抵哈剌火州（今新疆吐魯番），北有也兒的石河上遊之地，而以伊犁河與答剌速河流域為中心，成為中亞的一大勢力。它的存在，對元朝政治軍事形勢的發展、元朝與西方諸汗國的聯系、中西交通的往來等方面都帶來巨大影響。中亞、蒙古的某些地區也因之數遭殘破，造成大量流民內徙。大德五年(1301)，海都犯元境，在與元軍戰鬥中受傷，回師途中死去，子察八兒繼立。窩闊臺後裔為爭奪汗位發生矛盾和分裂，汗國力量削弱。七年，篤哇與察八兒等遣使入元，“請命罷兵，通一傢之好”，元朝許和。次年，篤哇起而與察八兒爭戰，大掠其國西部諸城。元朝海山的軍隊也同時逾阿爾泰山，大破察八兒軍。察八兒窮無所依，投往篤哇。窩闊臺汗國所屬的諸大藩部一部分歸附元朝，大部分降於篤哇。至大二年(1309)，察八兒因參與察合臺汗國的一次內爭，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臺汗也先不花所有，窩闊臺汗國亡。