Hasbro, skaparen av My Little Pony, kontaktade Mattel om ett avtal i slutet av förra året, enligt Bloomberg News.
Kombinationen av de två leksakstillverkarna skulle producera ett företag med ett marknadskapital på 20 miljarder dollar från och med onsdag.
1996 gjorde Mattel ett erbjudande om att köpa Hasbro för 5,2 miljarder kronor, men de två sidorna misslyckades med att nå en slutlig överenskommelse.
Under de senaste åren har Mattel förlorat marknadsandelar till Hasbro och Danmarks Lego. Lego övertog Mattel som världens största leksaksmarkör 2014.
Under sitt senaste kvartal rapporterade Mattel en minskning på 4% av den globala försäljningen och förväntar sig att försäljningen minskar i år.
Det beror delvis på att Hasbro har tagit över kontraktet att producera leksaker baserade på Disney-filmen Fryst, och leksaker som säljs under Princess varumärke.
Mattel uppskattade 2014 att Princess varumärke tog in $ 300m.
I ett försök att öka försäljningen av sin Barbie linje, Mattel introducerade tre nya kroppstyper och sju nya hudtoner i januari. Försäljningen av Barbie dockor föll 10% globalt under 2015.
Inget av företagen har kommenterat det ryktbara avtalet.
Hasbros aktiekurs steg med 1,5 %. I eftermiddags handel, Mattel aktier föll tillbaka och var handel upp 1,6% på dagen.
Hasbro rapporterar sin helårsrapport den 8 februari.
Aktier i Mattel, tillverkaren av Barbie dockor, hoppade 8% på torsdag efter en rapport hade diskuterat en sammanslagning med rival Hasbro.