元朝，是中国历史上面积最大的王朝，其疆域北到西伯利亚，南到南海，东到大海，西越玉门，面积超过了1400万平方公里。但是，元朝却未能成功夺取西域，这成为了一个遗憾。直到1757年乾隆灭准噶尔，中国中原王朝才实现了对西域的重新控制。那么元朝为何未能控制西域呢？

元朝的前身是蒙古帝国，蒙古帝国是成功打下西域的。早在1209年，高昌回鹘（畏兀儿）投归蒙古，蒙古就占据了西域三分之一的土地了。到1218年，成吉思汗灭西辽，就将整个西域纳入了蒙古帝国的版图之内。

在第一次西征后，成吉思汗进行了分封，将钦察草原分封给了长子术赤，将阿尔泰山到天山一带一块狭小的草原分封给了窝阔台，将天山以南的大部分西域地区分封给了察合台，将蒙古草原本部分封给了拖雷。因此，大部分西域地区属于察合台的封地。

蒙哥即位后，对窝阔台、察合台的封地进行了大规模的清洗、打压。他为了进一步得到拔都的支持，将中亚大片土地划给了钦察汗国，察合台汗国仅剩下了西域的少部分封地。

1260年，蒙古爆发了忽必烈和阿里不哥的汗位之争，忽必烈控制地区主要是漠南和汉地，阿里不哥则掌握了漠北和西域。四年汗位之争后，阿里不哥战败，忽必烈成功统辖了漠北草原以及天山以北地区，这是元朝经营西域的开端。与此同时，察合台的孙子阿鲁忽趁机自立，并从钦察汗国手中夺回了大片领地。阿鲁忽反叛阿里不哥的行为得到了忽必烈的支持，忽必烈承认其汗位，于是察合台汗国正式建立。

阿里不哥投降后，窝阔台系的海都在钦察汗国的支持下继续与忽必烈对抗。1268年，海都带领大军攻入了天山以北的北庭，而驻扎在漠北的蒙古军迅速西进，击退了海都的大军，并追杀到了伊犁河的阿力麻里，海都被迫西奔两千里之外。

海都的西逃引起了察合台汗国的怀疑，察合台汗国的兀鲁思汗八剌担心海都趁机入侵，于是在在锡尔河拦截海都大军，双方展开大战。大战初期，八剌获得了胜利，但海都随后获得了钦察汗国的援助，因而扭转战局，八剌被迫退至河中，预备整军再战。

海都为了避免和察合台汗国发生进一步的误会和冲突，于是派遣窝阔台的孙子钦察去与八剌约和。1269年，钦察汗国、察合台汗国和窝阔台汗国的三位“兀鲁思”在塔剌思河会盟，结为同盟。根据这次会盟，河中地区有三分之二划给了察合台汗国，而剩余的则划给了窝阔台汗国和钦察汗国。此后，三大汗国就约定共同进攻忽必烈和伊利汗国。

1270年，八剌就带领察合台汗国的军队攻入了呼罗珊，不过被伊利汗国的阿八哈汗击退，八剌被迫退回，不久死去。而伊利汗国则趁机出兵越过阿姆河，大肆劫掠了花剌子模地区，给察合台汗国巨大的打击。不久，聂古伯在海都的支持下即位为汗。这时候，聂古伯已经成为了海都的傀儡，察合台汗国被海都控制。此后，海都就结合三个汗国的力量和元朝抗衡。

1271年，忽必烈派遣第四子那木罕统兵出镇西北，在阿力麻里建立营地。1273年，海都和聂古伯发生矛盾，那木罕趁机发动征伐。不久后，元朝就成功攻下了天山南北地区，并设置畏兀儿断事官，在斡端（于阗）、鸦儿看（莎车）等地区设置了驿站。这时候，元朝在西域的控制范围达到了顶峰。

元朝在西域的控制范围

可好景不长，海都联盟立即展开反攻。到1275年，还爽在西域一带再次大战，海都的军队在罗布泊切断元朝西进的道路，而笃哇则围攻别失八里。最终，元朝将畏兀儿亦都护迁徙到哈剌火州（吐鲁番以东）。见西域失利，忽必烈立即诏安童增兵阿力麻里，助那木罕，海都也被迫撤兵。

正当西北战事焦灼的时候，元朝漠北发生了叛变。1275年，驻守在阿力麻里的宗王昔里吉在脱脱木儿蛊惑下发动叛变，自立为大汗，并将元朝大军的统帅、皇子那木罕以及阔阔出囚禁，分别献给了钦察汗国和海都。随后，昔里吉向东越过阿尔泰山，和撒里蛮叛军会师，占据谦河地区（叶尼塞河上游） 。

1276年，正好是元朝攻陷南宋临安的这一年，昔里吉、撒里蛮两路叛军进入了漠北核心地区，进据土拉河流域。这时候，弘吉剌部也在漠南一带响应。不过，海都对昔里吉称汗一事不满，因而没有与之一起出兵，丧失了绝佳的机会。不久，忽必烈亲征北伐，到1280年平定了叛乱。

而这一年，西北局势又再次发生了改变。这一年，钦察汗国的忙哥帖木儿病死，不久脱脱蒙哥继位。脱脱蒙哥在高加索和伊利汗国大战，因而无暇东顾，不想继续和元朝为敌，于是将那木罕放回。不久后，元朝就不断向别失八里增兵，试图收复整个西域。

从1280年到1283年，海都和元朝在于阗、吐鲁番反复较量，最终海都占据了于阗，却无法攻陷吐鲁番，战争呈现僵持态势。1285年，1285年，笃哇带领12万大军袭来，将吐鲁番哈剌火州城被包围了六个月，城中粮食耗尽，火赤哈儿亦都护被迫献女求和，都哇才解围而去。

1286年，海都也大规模进攻吐鲁番，畏兀儿亦都护火赤哈儿战死。经此一战，元朝的西域土地几乎全部沦陷，畏兀儿亦都护被迫内迁到甘肃永昌。但海都也没有兵力长期占领此地，于是被迫退出。不久，元朝军队卷土重来，重新占领了吐鲁番和于阗。

拉锯时期，元朝在西域控制的范围

正当西北战事吃紧的时候，镇守东北的乃颜不满意忽必烈的汉法，他暗中联系海都发动了叛乱。1287年，忽必烈不顾高龄亲征北伐，平定了乃颜之乱，随后设置了辽阳行省。

乃颜失败后，海都加强攻势，大举东进，和林宣慰司也叛变响应，漠北震动。忽必烈再次御驾亲征，海都撤退。随后的几年，海都多次侵扰和林。忽必烈对伯颜采取的消极防御政策不满，于1292年撤回了伯颜，改任玉昔帖木儿为主将，采取积极进攻的战略。

第二年春天，元朝大军西征，收益兰州等五部，海都失去了防御的屏障，陷入了被动局面。此后，海都无法对外发展，只能处于防御状态之中。1294年，忽必烈去世，铁穆耳即位，即元成宗。1301年，察合台汗国的都哇袭阿尔泰山，取得了小胜，但无法改变整体占据。

1301年，海都、都哇带领察合台和窝阔台两大汗国的军队和元朝大军决战于帖坚古山。经过了艰苦的拉锯，元朝军队终于击溃了两大汗国的联军，都哇中箭受伤，海都亦受伤致死。

海都去世后，察合台汗国的大汗笃哇扶持海都之子察八儿即位窝阔台大汗。察八儿还想继续控制察合台汗国，于是两国发生了斗争。而元朝则支持笃哇，最终两大汗国都对元朝称臣，承认元朝的宗主地位。而元朝也对察合台汗国做出了让步，承认了察合台汗国对西域的占领。

元朝和察合台汗国相当于结为了同盟，并同时对窝阔台汗国发动了进攻。1305年到1306年，都哇不断对窝阔台汗国发动战争，陆续控制了阿姆河以北地区至哥疾宁之地。与此同时，元朝则派遣军队从东边对窝阔台汗国发动额进攻，导致窝阔台汗国大军顷刻瓦解，察八儿向都哇请降，窝阔台汗国沦为了察合台汗国的附庸。

1306 年，都哇去世，其子宽阇即位察合台汗，他一方面和元朝交好，一方面加强了对窝阔台汗国的控制。1308年，宽阇去世，塔里忽夺取了汗位。1309年，笃哇幼子怯别暗杀了塔里忽，立其兄也先不花为汗。

元朝后期，西域除了哈密，基本完全沦陷

察合台汗国的不断内乱让察八儿嗅到了复国的机会，他趁机纠集军队，进攻察合台汗国的营地，怯别溃不成军。可怯别随后得到了西北诸王的支持，他再次和察八儿交战，将之击溃。察八儿被迫投奔元朝，被元朝封为汝宁王。经过此战，窝阔台汗国彻底灭亡，其最后的土地被元朝和察合台汗国瓜分。

察合台汗国在吞并了窝阔台汗国后，力量大增，开始挑战元朝。也先不花统治汗时期，察合台汗国出兵进攻元朝，被元军击退。随后，他又派大军进攻伊利汗国，而元朝则趁机攻入中亚草原，察合台汗国被迫撤兵。

1320年，也先不花去世，怯别自立为汗。他恢复了察合台汗国和元朝的友好关系，两国的疆界线自此才稳定下来。1326到1346年间，察合台汗国发生了严重的内乱，但是元朝内部的内乱同样严重，因而元朝失去了重新争夺西域的机会。