察合臺汗國最盛時其疆域東至吐魯番、羅卜泊，西及阿母河，北到塔爾巴哈臺山，南越興都庫什山，包括阿爾泰至河中地區（河中地區特指阿姆河與錫爾河之間的大片地區）。斡爾朵（宮帳）設在阿力麻裡境內的忽牙思。巴魯剌思、札剌亦兒和克烈亦惕三部，是該汗國中蒙古族的主體，其統治者是察合臺後裔。
窩闊臺大汗統治時期，察合臺（窩闊臺兄）在蒙古帝國的政治生活中居有崇高地位，在重大問題上起著一定的決策作用。他不僅統治了成吉思汗給予的兀魯思和軍隊，而且在別失八裡（今新疆維吉爾薩爾護堡子）自己的王國中也享有至高的權力。
察合臺汗離世後，其孫子哈剌斡忽勒繼承汗位。由於察合臺和窩闊臺兩家族反對蒙哥繼承大汗位，所以蒙哥大汗把河中地區交拔都統轄。哈剌斡忽勒的統轄區只限於東部地區，而且本人尚未抵達府邸，就在途中夭折了。按照蒙哥大汗的旨令，乃哈敦（皇后）統治了察合臺汗國，長達10年之久。蒙哥大汗死後，成吉思汗家族內部爆發了長期的爭奪汗位的鬥爭。
1314年，原本讓位與自己哥哥也先不花的察合臺汗怯伯復位，把國都從阿力麻裡遷至撒馬爾罕，在河中地區提倡農業，實行改革，而也先不花汗則堅持遊牧傳統，察合臺汗國開始分裂為東、西兩部。東部以阿力麻裡為中心，包括喀什、吐魯番一帶；西部以撒馬爾罕為中心，統治河中地區。今新疆絕大部分地區在東察合臺汗國統治之下。也先不花為東部汗，怯伯為西部汗。也先不花、怯伯死後，西域蒙古各部各自為政，互相攻殺。1348年，統治天山南路的杜格拉特部權臣布拉吉找到一個18歲的貴族禿黑魯帖木兒，宣布他是也先不花的兒子，並在阿克蘇擁立為汗。歷史上把禿黑魯帖木兒統治的地區稱為東察合臺汗國。禿黑魯帖術兒是第一個信奉伊斯蘭教的蒙古汗，他用強制手段迫使天山以北16萬蒙古人改信伊斯蘭教。
東察合臺汗國也稱「別失八裡國」和「亦力把裡國」 。東察合臺汗國從1348年建立，歷經8代、15位汗主政，到1514年被葉爾羌汗國取代，計立國166年。而西察合臺汗國在禿黑魯帖木兒死後不久，便被自己的將軍鐵木爾奪取了政權。