当蒙哥在钓鱼城下“折鞭”时，丞相史天泽、亲王莫哥立即遣使去鄂州向率领东路大军南征的忽必烈快马飞报噩耗。另外，还派出大批信使骑着驿马弹射到四面八方，赴新都和林向汗妃忽都台和皇子阿速台报信，向分封的钦察汗国、察合台汗国、窝阔台汗国的封汗报信。向驻扎在斡罗斯公国的驸马长子达鲁花赤报信，也向西征大军前线的统帅旭烈兀送去了蒙哥驾崩的噩耗。
蒙哥的死，大大缓解了南宋的紧张局势。1259年八月，忽必烈身为南征中路军的统帅渡过淮河，攻破大胜关（今河南罗山县北），继续向淮西挺进，进抵黄陂，至江岸。九月初，得到莫哥由合州遣使送来蒙哥薨驾的噩耗。忽必烈决定继续渡江，围攻鄂州（今湖北武汉市武昌）。宋兵固守鄂州，蒙军围城两月，没有攻克。
十一月，忽必烈得到长妻察必的急使来告，阿里不哥正在漠南北调兵遣军，图谋即大汗位。谋士郝经等纷纷劝说忽必烈迅速北返，正好在宋廷位高权重的贾似道私自派人来议和（此次议和并非南宋朝廷的承诺，日后成为忽必烈灭南宋的借口），匆忙率军北返新都和林，凭他身为御弟的有利条件，决心夺取蒙哥驾崩后空出的大汗之位。
蒙哥的死，导致蒙军灭宋战争的全面瓦解，使南宋国祚又延续了二十多年。钓鱼城保卫战大捷，使前来伐宋的蒙古倾国之军一下子失去主帅，于是蒙军被迫撤军北还。宋军趁机收复了四川丢失的疆域。钓鱼城御蒙、抗元（忽必烈于1271年定国号为元）长达三十六年之久。直到文天祥丞相兵败被囚，陆秀夫丞相负幼帝赵昺入海后，南宋江山丧失殆尽，钓鱼城仍在坚守。钓鱼城作为山城防御体系的典型代表，在冷兵器时代，充分显示了其防御作用，它成为蒙军难以攻克的堡垒。
然而，较为遗憾的是，力求苟安图存的宋廷并没有抓住钓鱼城胜利的有利战机去扩大战果，收复巴蜀外的失地。1258年九月，钓鱼城守将王坚被宋廷加封“王坚宁远军节度使，依前左领军卫上将军，兴元府驻扎御前诸军统制兼知合州，节制军马，进封清水县开国伯”。孰料，两年后的1260年十一月，即任命“中军统制知简州马千，权兴州都统兼知合州”来取代了王坚。
相反，宋廷投降派大唱天下太平的颂歌，继续过着荒淫逍遥的生活。宋理宗依然怠于政事得过且过；权臣贾似道照样欺上瞒下逍遥误国；诸臣空有报国之心，皆无安邦之力，徒怀安民之志，少济世之才，如此种种使得南宋朝政更加腐败。
蒙哥的死，让旭烈兀放弃了第三次西征，从而拯救了西亚和北非，改变了整个阿拉伯国家的命运。
蒙古西征军一路以狂飙般的攻势，使地中海沿岸诸国震动不安。然而，正当西征军跨过西奈半岛，进入非洲讨伐埃及时，蒙古帝国方面传来蒙哥在阵前去世的消息。蒙哥的死，让旭烈兀不得不停止正打得如火如荼的第三次西征，从而拯救了西亚和北非，改变了整个伊斯兰国家的命运。
《泰晤士世界历史地图集》评价蒙古帝国两位大汗时说：“如果说1241年大汗窝阔台的死拯救了基督教欧洲，那么1259年大汗蒙哥的死则拯救了穆斯林亚洲。”
获得蒙哥在攻打南宋时于四川前线阵亡的噩耗后，旭烈兀留下两万军队交给大将怯的不花率领，镇守叙利亚，并负责攻略埃及。旭烈兀则率领其余西征军从叙利亚班师，昼夜兼行向蒙古帝国的首都哈拉和林疾驰。当进入伊朗境内时，获悉漠南忽必烈和漠北阿里不哥为争夺汗位正打成一团的消息。
再无东返之意，旭烈兀正准备返回伊朗时，飞马来报，怯的不花在阿音札鲁特遭到苏丹忽秃思军的痛击，西征军所占领的叙利亚诸城尽失，一时让旭烈兀陷入进退两难的境地。
马木留克王朝的苏丹忽都思倾国之兵，以“圣战”的名义席卷而来，宣称要驱除蒙军，光复伊斯兰的神圣国土。由于旭烈兀率领蒙军在伊拉克、叙利亚对清真寺破坏极大，对基督教徒又特意保护，使苏丹忽都思能够以保护伊斯兰教的名义呼吁圣战，激励将士。
在九月三日，怯的不花军在艾因贾卢特与苏丹忽都思军悍然相遇，惨遭失败。怯的不花放弃了败走的机会，慷慨激昂道：“如果我死在你手中，我认为这是天意，而不在于你。别为片刻的胜利而陶醉。当我死的消息传给旭烈兀汗时，他的愤怒将像沸腾的大海，从阿哲儿拜占直到埃及的大门口的土地将被蒙古马蹄踏平！”最终怯的不花力竭被俘后，被苏丹忽都思砍下头颅。
叙利亚大将贝巴儿思参加了这次战役，他乘胜而进，使蒙古全军覆没。紧接着埃及军队进入大马士革、阿勒波，直到幼发拉底河边为止的叙利亚所有地区，俘获了怯的不花的妻子、子女和亲族，杀死蒙古所置官员。
闻听大将怯的不花力战而死、叙利亚诸城丢失的凶讯时，旭烈兀断然取消了东归的念头。于是，驻兵伊朗，隔岸观火。
蒙军第三次西征后，旭烈兀自作主张，在自己征服的势力范围内，也就是在钦察汗国的南面，建立起伊利汗国（又称伊尔汗国），是蒙古帝国的四大汗国之一。该国的疆域十分广阔，从印度一直延伸到地中海，南抵波斯湾，北至高加索山，西至叙利亚边境。该国在1264年得到了忽必烈的承认，汗国获得“伊利汗”的称号，意为“部落之汗”，由此可见伊利汗国与元朝的关系。旭烈兀沿用这个名称表明该国与蒙古帝国的从属关系。
旭烈兀把蔑剌哈兀作为伊利汗国首都，在那里建造了天文台，并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。其行政权、军事全隶属中央直辖。(www.xing528.com)
旭烈兀以后历代伊利汗即位，都要经过元朝皇帝的册封才算合法。另外，伊利汗颁布的公文，也都使用元朝皇帝颁赐的汉文印玺，把元朝皇帝列在前面，以表示尊崇。
尽管如此，但聪明的忽必烈留下后手。为削弱金帐汗国和伊利汗国对元朝潜在的威胁，坐收渔翁之利，忽必烈把原本属于金帐汗国的富庶的阿塞拜疆划给了伊利汗国。为此，两国纷争不断，摩擦频繁，再无力东向与忽必烈争夺大汗之位了。
直到1335年，伊利汗国迅速瓦解，权臣、统将各自拥立傀儡可汗，国家分裂成东波斯、阿富汗斯坦的卡尔提德王朝，西波斯的穆札法尔王朝和札剌亦儿蒙古人的札剌亦儿王朝，土耳其的楚邦王朝，成为一盘散沙，互相攻杀。
1262年，金帐汗国的别儿汗以向旭烈兀讨要阿塞拜疆为由，派遣那海率军三万在打耳班与旭烈兀军交锋，以后摩擦不断，导致旭烈兀没有实现征服穆斯林叙利亚的雄心壮志。
旭烈兀于1265年二月八日病逝，享年四十八岁。长子阿八哈继位。
经过成吉思汗、拔都、旭烈兀统率的蒙古帝国的三次西征，终于崛起了地跨欧亚大陆的四大汗国（察合台汗国、窝阔台汗国、金帐汗国、伊利汗国）。四大汗国名义上是元朝皇帝的藩属，而金帐汗国和伊利汗国实际上已成为独立国家。后来，四大汗国相继走上分裂的道路，但它们的影响甚远。
蒙哥的死，造成忽必烈和阿里不哥发生的汗位之争，蒙古帝国彻底分裂。蒙哥死前，整个世界只有一极，那就是不知疲倦向四处攻掠的蒙古帝国，当时没有任何一个国家能与之抗衡对垒。
时值壮年的蒙哥意外身死，由于死前没有指定汗位的继承人，导致蒙古帝国处于领袖不明的状态。1260年四月，忽必烈在新筑不久的开平城宣布即大汗位；不久，身居漠北的阿里不哥也仿效其兄在哈拉和林被蒙古诸王推上蒙古帝国大汗的位置，随后，兄弟俩开启内战，历时四年之久。成吉思汗建立的蒙古帝国在忽必烈与阿里不哥的汗位之争中走向分裂。
术赤后人建立的钦察汗国（金帐汗国），窝阔台后人建立的窝阔台汗国，察合台后人建立的察合台汗国都支持阿里不哥一方，前面提及的西征埃及的旭烈兀建立的伊尔汗国支持忽必烈。旭烈兀是忽必烈的三弟，他们关系笃深，他虽然西征后一直没有返回蒙古，但他每年都派使节前来通好。
直到1264年，阿里不哥投降，汗位之争才宣告结束。尽管蒙古帝国的汗权稳定地掌控在忽必烈手中，但他并不是经过忽里台会议由蒙古诸王推举出来的，因此其他汗国虽然表面上尊奉，但实际上各自为政。尽管四大汗国的统治者在血统上均出自成吉思汗“黄金家族”，彼此血脉相连，因而同奉入主中原的元朝为宗主，与元朝驿路相通。但是忽必烈的权力仅限于东方，即中国的元朝政权，他根本无法调动指挥四大汗国。
由于蒙哥是蒙古各部诸王通过忽里台会议推举出来的大汗，因此可以号令几大汗国，他死后蒙古帝国名存实亡，导致正式分裂。至今，我们看到的元朝疆域图，是不包括其他几大汗国的。
蒙哥的死，为忽必烈建立元朝提供了契机，顺应了历史的发展潮流。如果蒙哥像忽必烈那样长寿，既不会采用汉法，也不会把蒙古帝国的重心向南迁移。如果蒙哥不死，攻下钓鱼城后，用一两年的时间拿下南宋，以蒙哥的秉性会恪守成吉思汗所主张的挥师四处出击的信条，蒙军极有可能第二次出击欧洲，拿下中欧和西欧不成问题。倘若蒙哥不死，一切皆有可能。
蒙哥一贯实施的带有浓郁的蒙古部族和西域色彩的政策，已满足不了被统治地区及广大中原百姓的需要。而忽必烈则是蒙古统治集团中少有的一位倾慕汉文化的开明之士。尽管这位征服者取得汗位的手段不是那么令人信服，但即位后，继续推行汉法政策，逐步改变蒙军屠城滥杀的陋习，使中原地区的经济和文化免遭更大的破坏，他是一个改变华夏大地命运的人。
蒙哥是蒙古帝国第四任大汗，也是最后一任大汗。
忽必烈是蒙古历史上最后一位值得骄傲的征服者，尽管这种征服受大海与密林所限，后期多归于失败，但比起元朝后期的几位统治者来说，他的身子仍然坐立在马背上，而不是沉醉在宏伟的宫殿或高墙内。
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