Теперь Ариг-Бука был вынужден обратиться за помощью к своему «союзнику» в Средней Азии. За истекший год Алгу успел сломить сопротивление своих противников и полностью овладеть ресурсами своих новых владений. Ариг-Бука был одержим столь страстным желанием получить доступ к припасам из улуса Чагатая, что передал Алгу все полномочия по сбору налогов, упустив из виду, что тот мог воспользоваться этим для укрепления своей собственной власти. Естественно, Алгу вовсе не хотел расставаться с товарами, конями и драгоценными металлами. Осознав уязвимость положения Ариг-Буки, он повернул против бывшего союзника, отказавшись делить с ним доходы от налогов, которые он назначал и собирал. Когда посланцы Ариг-Буки явились к Алгу и потребовали раздела прибыли, он тянул с ответом, пока они не вышли из терпения и не стали настаивать на перераспределении налогов. Вынужденный действовать, Алгу казнил послов, пойдя на неизбежный конфликт с Ариг-Букой.
Ариг-Бука выступил из Монголии в Среднюю Азию, чтoбы утвердить свою верховную власть. Хубилай заполнил вакуум, образовавшийся после отъезда Ариг-Буки, заняв Монголию, перевезя сюда часть припасов и предупредив своих чиновников, чтобы они не особо обременяли жителей только что захваченных областей. Хубилай не стал преследовать Ариг-Буку, поскольку, как пишет Рашид ад-дин, «прибыли гонцы и доложили, что в Китае, ввиду отсутствия каана, обнаружились промахи и расстройство в делах. По этой причине он вернулся в столицу Китая». Он был вынужден отправиться на подавление восстания, вспыхнувшего в самом Китае, и вернулся в Кайпин, чтобы посвятить все внимание этой угрозе, представлявшейся более опасной, чем война с Ариг-Букой. Теперь Ариг-Бука мог воевать с Алгу, не опасаясь удара с тыла. Он повел свои войска к реке Или в северном Синьцзяне. Его авангард под командованием Кара-Бухи столкнулся с силами Алгу и был наголову разбит. Кара-Буха был убит, а Алгу весьма ободрился, одержав эту победу. Впрочем, его радость была недолгой, так как вскоре его армия была обращена в бегство. Ариг-Бука занял базу Алгу в Алмалыке, вынудив Алгу бежать в западные оазисы Средней Азии — Хотан и Кашгар.
Тем не менее, блестящий успех, которым увенчался поход Ариг-Буки, оказался пирровой победой. Алмалык, место его новой ставки, располагался в степях, и ему по-прежнему не хватало необходимых припасов для ведения войны на истощение, которую навязал ему Хубилай. Он так и не приобрел надежных источников поставок зерна и оружия, а войска Алгу блокировали подходы к южным, более плодородным областям Синцзяна. Похоже, Ариг-Бука оказался в еще более тяжелом положении, чем раньше. Своими действиями, если судить по предвзятому изложению Рашид ад-дина, он только усугублял эти трудности. Он крайне жестоко обращался с пленными, захваченными на войне с Алгу, предавая их пыткам и казнив многих, даже тех, кто не поднимал против него оружия. Такая ничем неоправданная жестокость отвращала от него сторонников, побуждая их дезертировать. Дезертирство значительно усилилось во время особенно суровой зимы 1263 г. Воины Ариг-Буки и мирное население страдали от голода, погибло много людей и лошадей. К весне его покинули даже некоторые самые ярые приверженцы. Один из сыновей Хулагу, Джумухур, сославшись на болезнь, уехал в среднеазиатский, город Самарканд. Сын Мункэ Урунгташ потребовал у Ариг-Буки яшмовую печать своего отца (тамгу). Когда посланцы Ариг-Буки привезли ему печать, он забрал ее и переметнулся к Хубилаю. Алгу, осведомленный о трудностях, с которыми столкнулся Ариг-Бука, перегруппировал свои войска и приготовился изгнать своего бывшего союзника и нынешнего врага из бассейна реки Или.
К 1264 г. Ариг-Бука оказался в безвыходной ситуации. Из-за дезертирства своих сторонников он не мог продолжать борьбу с Алгу, а отступать можно было только во владения Хубилая, который, несомненно, воспользуется случаем отомстить сопернику. Вместо этого Ариг-Бука решил сдаться. Он приехал в Кайпин (в 1263 г. переименованный в Шанду) и предстал перед Хубилаем. После некоторой заминки, вызванной неловкостью, братья обнялись и примирились. Рашид ад-дин и тут не преминул уколоть Ариг-Буку. Он рассказывает, что Хубилай утер слезы с лица брата и мягко спросил его: «Дорогой братец, кто был прав в этом споре и распре — мы или вы?» Ариг-Бука со злобой ответил: «Тогда — мы, а теперь — вы». Этим кратким диалогом Рашид ад-дин показывает неблагодарность Ариг-Буки и отсутствие у него братских чувств, которые только что столь ярко проявил Хубилай. Однако, учитывая предвзятость персидского историка по отношению к Ариг-Буке, скорее всего, этот разговор — лишь плод авторского воображения. В любом случае, Хубилай поначалу не стал подвергать брата никакому наказанию. Однако такая снисходительность оттолкнула многих его сторонников, которые считали, что Ариг-Бука и его приверженцы не должны остаться безнаказанными. Некоторые открыто высказали свое недовольство, но особое впечатление на Хубилая произвели возражения Хулагу. Тогда Хубилай, согласно Рашид ад-дину, попытался унять недовольных монголов, приказав Ариг-Буке «не показываться на его глаза целый год». Очевидно, монголы сочли это наказание слишком мягким; они требовали чистки в рядах изменников, поддержавших Ариг-Буку. Допросив Ариг-Буку и выяснив, кто побудил его оспорить права старшего брата, Хубилай объявил одним из главных вдохновителей заговора Болгая, влиятельнейшего садовника при Мункэ, и казнил его. Та же участь ждала еще девятерых важнейших приспешников Ариг-Буки.
Теперь пришло время судить самого Ариг-Буку. Однако Хубилай не захотел брать на себя ответственность за единоличное решение судьбы своего брата и созвал курилтай для суда над Ариг-Букой и, что не менее важно, для подтверждения собственного избрания на трон великого хана. Чтобы созвать монгольских правителей на курилтай, были отправлены гонцы в главные улусы в Персии, России и Средней Азии. Они привезли неутешительные ответы: все три хана нашли извинения, оправдывающие задержку с явкой на судилище. Берке, правитель монгольских владений в России, и Хулагу, хан Персии, вели междоусобную войну и не могли покинуть свои уделы. Хан Чагатайского улуса Алгу сам еще не был утвержден на престоле и потому не мог выступать судьей в деле Ариг-Буки. Впрочем, все три хана вскоре скончались. Хулагу умер в 1265 г., спустя краткое время после прибытия к нему гонцов Хубилая, а Берке и Алгу пережили его всего лишь на год. Таким образом, судьба Ариг-Буки оказалась в руках одного Хубилая.
Однако Ариг-Бука тяжело заболел и умер в начале 1266 г., избавив Хубилая от затруднений, связанных с необходимостью устраивать суд над родным братом. Его смерть пришлась как нельзя кстати и уже одним этим вызвала подозрения. Неожиданная болезнь и ее быстрое течение также наводили на размышления. Ариг-Бука был крепким мужчиной, не достигшим еще и 50 лет, и, по-видимому, не страдал никакими серьезными заболеваниями. Некоторые ученые высказывают сомнения в том, что он умер естественной смертью, а некоторые уверены в том, что он был отравлен. Конечно, само его присутствие служило постоянным напоминанием сомнительности избрания Хубилая великим ханом, и устранение бывшего противника могло способствовать укреплению стабильности во владениях его старшего брата. Однако все эти рассуждения о причинах смерти Ариг-Буки являются лишь домыслами. Имеющиеся в нашем распоряжении источники не позволяют разрешить эту загадку.
Даже одержав верх над Ариг-Букой, Хубилай не обезопасил себя от угроз со стороны других претендентов. Его права на престол не представлялись неоспоримыми. На курилтае, избравшем Хубилая, отсутствовали многие важнейшие монгольские князья. Его избрание состоялось в Кайпине, а не в Монголии, как требовалось освященной временем традицией. Когда он предпринял попытку созвать второй курилтай, три главных монгольских хана уклонились, сославшись на проблемы, возникшие в их собственных владениях. Тем не менее, они по-прежнему признавали верховенство Хубилая, а при избрании нового хана в каждом улусе спрашивали его одобрения. И все же он так и не смог избавиться от ауры иллегитимности, лежавшей на его правлении. В самом деле, некоторые его позднейшие шаги во внутренней и внешней политики, вероятно, были продиктованы желанием завоевать единодушную поддержку, которой ему столь долго не хватало.