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  主條目:旭烈兀西征1231年,窩闊臺遣大將綽兒馬罕統諸部軍三萬西侵,攻滅在波斯西部復國的花剌子模帝國,征服和招降了波斯大部分地區。其後,谷兒只(喬治亞王國)、亞美尼亞、魯迷等國也先後歸附蒙古。窩闊臺命綽兒馬罕領所部軍隊鎮戍波斯,並設定了管轄阿姆河以西波斯各省的行政機構。  1251年蒙哥即位後,置阿姆河等處行中書省,以阿兒渾為行省長官,設治於呼羅珊圖斯城(今伊朗馬什哈德附近)。蒙古軍在1219年—1221年間侵略並摧毀花剌子模帝國後,一直沒有民政機構,而是由將軍在亞塞拜然的木乾草原以及大不里士一帶統治。  1256年,旭烈兀軍攻滅盤踞馬拶答爾(今伊朗馬贊德蘭省)諸山國。1258年攻陷巴格達,殺末代哈里發,滅黑衣大食(即阿拔斯王朝),巴格達陷落後,屠城多日,殺近十萬餘人,城中屍臭味令蒙古軍在城外駐紮。  1259年,入侵敘利亞。次年春,蒙哥卒於四川,怯的不花繼續徵進,自率其餘軍隊退回波斯。九月,怯的不花軍在阿音札魯特被密斯兒(埃及)蘇丹忽禿思軍擊潰,蒙古所佔敘利亞諸城盡失。

  1260年,忽必烈即大汗位,與幼弟阿里不哥發生了汗位之爭。旭烈兀向爭位雙方派出使者,表示擁護忽必烈為大汗,指責阿里不哥。忽必烈遣使傳旨,將阿姆河以西直到埃及邊境的波斯國土和該地蒙古、阿拉伯軍民劃歸旭烈兀統治。於是,原由大汗政府直接管轄的波斯地區,實際上成為旭烈兀的領地,從而建立了又一個王朝。其領土東起阿姆河和印度河,西方包含小亞細亞大部分地區,南抵波斯灣,北至高加索山。旭烈兀以蔑剌哈(今伊朗東亞塞拜然省馬臘格)為首都,設宰相以掌管全國政務,任命了各省長官,命長子阿八哈領汗國東部呼羅珊等省地。

  1265年旭烈兀卒,阿八哈嗣位。阿八哈未得大汗許可,只權攝國政,同時遣使報喪,忽必烈派使者持詔立之為汗。阿八哈即位後,始定都於大不里士,以蔑剌哈為陪都。忽必烈大舉入侵南宋,徵工匠於阿八哈,回回炮技術因而傳入中原。  1271年伊兒汗阿八哈參與第九次十字軍東征與英格蘭王國及安茹王朝的十字軍入侵埃及馬木留克王朝,目標是光復聖地耶路撒冷,伊兒汗國及其屬國奇裡乞亞亞美尼亞王國由<unk>利亞進攻,最後因蒙古-亞美尼亞聯軍被擊退、十字軍內訌及發起人愛德華一世回英格蘭繼位而無功而返。1277年服從於伊兒汗國的安那託利亞的國家及羅姆蘇丹國受埃及馬木留克支援而發生叛亂,阿八哈認為是羅姆蘇丹國權臣佩瓦內·穆爾因丁·蘇萊曼引起的,於是處死了他並強迫羅姆的國民吃下佩瓦內的血肉。  1281年伊兒汗國聯同兩個屬國喬治亞王國及亞美尼亞進攻馬木留克,第二次霍姆斯戰役爆發。隔年阿八哈卒,弟貼古迭兒繼立,1284年3月羅姆蘇丹國的蘇丹凱霍斯魯三世向其宗主國伊兒汗國發動叛亂,被貼古迭兒逮捕後處死。  1284年,阿八哈子阿魯渾聲言其父嘗受大汗冊命,汗位應當屬己,於是在權臣不花支援下起兵推翻其叔貼古迭兒並處死了他,並遣使入元奏報。忽必烈命他繼承汗位,並授不花為宰相。  1284年元朝使臣孛羅到達,阿魯渾將他留在汗廷參議政事。阿八哈、阿魯渾父子為奪取敘利亞之地,採取與歐洲基督教國家結盟的政策,和拜占庭帝國結親,並遣使赴羅馬教廷及英、法等國,建立了友好關係。  1291年阿魯渾卒,弟海合都(又名亦鄰真朵兒只)繼立。海合都揮霍無度,國庫空虛。海合都在1294年曾試著仿效元帝國發行印有漢字的紙幣(鈔),試圖擺脫財政危機,但受到了社會各階層的激烈反對和普遍抵制,不到兩個月即告失敗。  1295年,權臣謀殺海合都,奉拜都為汗,拜都親基督教的行為受同為信奉基督教的喬治亞支援。阿魯渾子合贊起兵討滅叛者,奪取汗位。早期伊兒汗國信藏傳佛教,直到合贊汗即位後確立了伊斯蘭教的國教地位。元成宗賜給他刻有漢字“王府定國理民之寶”的方印,正式承認了伊兒汗國的獨立地位。同年,因屬國喬治亞王國國王大衛八世在內亂中支援拜都,被合贊出兵攻佔喬治亞全境,於1299年罷免了大衛八世,欽點喬治五世作為喬治亞國王。  1298年,合贊遣使入朝。成宗即將歷年應得歲賦賜合贊。合贊即位後,大力進行社會改革,制定新的土地、賦稅、驛站、貨幣等制度,限制蒙古貴族、將校和官吏對人民的橫徵暴斂,使農業、工商業得到發展,財政收入增加。他還鼓勵發展科學文化,在首都興建天文臺,設立學校,命宰相拉希德丁編纂《史集》。合贊因此被譽為賢君。在位期間與埃及的馬木路克王朝為爭奪奇裡乞亞亞美尼亞王國的宗主權多次發生戰爭,合讚的軍隊曾一度攻佔阿勒頗及大馬士革,兵鋒直指加沙及耶路撒冷,後被擊退收復,此時察合臺汗國乘機攻佔東部的吐火羅。1303年伊兒汗國及亞美尼亞再次入侵<unk>利亞,在霍姆斯慘敗,這亦是蒙古人最後一次入侵埃及馬木留克。  1304年合贊卒,弟閤兒班答繼立,號完者都汗,遷都蘇丹尼耶。閤兒班答遵循其兄政策,仍用拉希德丁為宰相,繼續發展經濟、文化。元成宗與察合臺汗國、窩闊臺汗國達成和議,蒙古皇室的內爭暫停,東西驛路暢通,元朝的使節往來更加頻繁。

  1316年閤兒班答卒,子阿布·賽義德嗣位,還都大不里士。權臣出班有擁立之功,阿布·賽義德為他向元朝請封。  1324年元泰定帝授出班“開府儀同三司、翊國公”,賜銀印、金符。出班與阿布·賽義德發生矛盾。阿布·賽義德殺其第三子,出班舉兵叛,兵敗被殺。經過這次內亂,國勢削弱,統治集團的內部矛盾和國內民族矛盾、階級矛盾同時迸發。  1335年不賽因死後無嗣,曾經一度提出找阿里不哥後人當可汗,也無法阻止分裂、走向瓦解。伊兒汗國遂分裂成東伊朗的卡爾提德王朝,西伊朗的莫扎法爾王朝和札剌亦兒人的札剌亦兒王朝,安納托利亞的丘拜尼王朝。

  1355年,金帳汗國可汗札尼別攻入大不里士,努失兒完不知所終,丘拜尼王朝滅亡。在紛亂中,一些地方貴族也乘機獨立,形成割據局面。  1358年,據有巴格達的蒙古貴族哈桑(札剌亦兒氏)之子兀窪思汗兼併亞塞拜然等省,移都於大不里士,史稱札剌亦兒王朝。  1393年,札剌亦兒王朝被突厥人的帖木兒帝國所滅。
伊兒汗國(;拉丁轉寫:"Hülegü-yn Ulus";波斯語:;亞塞拜然語:Hülakülər dövləti;英語:Ilkhanate),1220/1256–1357年,又譯伊利汗國或伊爾汗國,是蒙古四大汗國之一,由成吉思汗之孫、拖雷的第六子旭烈兀及其子阿八哈與他的後人統治。