窝阔台命搠里蛮领所部军队镇戍波斯，并设置了管辖阿姆河以西波斯各省的行政机构。1251年蒙哥即位后，置阿姆河等处行尚书省，以阿儿浑为行省长官，设治于呼罗珊的图斯城(今伊朗马什哈德附近)。
蒙古军队在1219年-1221年间侵略并摧毁花剌子模沙王朝后，一直没有所谓的民政机构，而是由将军在阿塞拜疆的木干草原以及大不里士一带统治。先是绰儿马罕，后是拜住，野里知吉带，到维吾尔人阔里吉思与卫拉特人阿儿浑阿加，才真正有民政机构。
1252年，蒙哥遣同母弟分镇波斯，统兵侵略尚未降服的国家，以搠里蛮军和出征怯失迷儿(克什米尔)等处的蒙古军并隶旭烈兀，又命诸王各从所属军队中签发十分之二随从出征。1256年，旭烈兀军攻灭并盘踞马拶答尔(今伊朗马赞德兰省)诸山城的\木剌夷国\(伊斯兰教亦思马因派势力。其它伊斯兰教徒称他们为mulida，意即\异端者\)。
1258年攻陷巴格达，杀末代哈里发(Khalifat，伊斯兰教主的称号)，灭黑衣大食(阿拉伯帝国阿拔斯王朝)。
1259年，分兵三路，入侵叙利亚。次年春，旭烈兀得知蒙哥崩于四川，于是留先锋怯的不花继续征进，自率其余军队退回波斯。九月，怯的不花军在阿音札鲁特被密斯儿(埃及)苏丹忽秃思军击溃，蒙古所占叙利亚诸城尽失。
旭烈兀回波斯后，获悉忽必烈已经即大汗位，并与幼弟阿里不哥发生了汗位之争，遂不再东返蒙古。他向争位双方派出使者，表示拥护忽必烈为大汗，指责阿里不哥。元世祖忽必烈遣使传旨，将阿姆河以西直到埃及边境的波斯国土和该地蒙古、阿拉伯军民划归旭烈兀统治。于是，原由大汗政府直接管辖的波斯地区，实际上成为旭烈兀的领地，从而建立了又一个王朝。其领土东起阿姆河和印度河，西面包有小亚细亚大部分地区，南抵波斯湾，北至高加索山。旭烈兀以蔑剌哈(今伊朗东阿塞拜疆省马腊格)为首都，设宰相以掌管全国政务，任命了各省长官，命长子阿八哈领汗国东部呼罗珊等省地。
1262年，钦察汗国别儿哥汗为争夺旭烈兀控制下的阿塞拜疆地区，发兵来攻，双方激战两年多。别儿哥虽然退回，但此后两蒙古汗国经常为领土争端发生冲突。
1265年旭烈兀崩，诸王、大臣奉阿八哈嗣位。阿八哈以未得大汗许可，只权摄国政，同时遣使报丧，于是忽必烈派使者持诏立他为汗。现存1279年阿八哈颁发的一张敕令上，盖有汉字\辅国安民之宝\方印，当是忽必烈颁赐给他的王印。
阿八哈即位后，向全国各地委派了官吏，命志费尼继续担任宰相职务，阿儿浑·阿全主管各地包税制;规定凡旭烈兀制定的一切法律和他所颁布的各种诏令，都要坚决遵守和履行，严禁更改歪曲。阿八哈还击败了来自察合台汗国八剌及来自钦察(金帐)汗国忙哥帖木儿的侵扰，使政权得到进一步巩固。
阿八哈即位后，始定都于大不里士，以蔑剌哈为陪都。忽必烈大举入侵宋朝，征工匠于阿八哈，回回炮手阿老瓦丁、亦思马因等入京应命，回回炮技术因而传入中国。