Прежде чем Ариг-Бука смог извлечь из союза с Алгу какую-либо пользу, состоялась решающая битва с Хубилаем. Рашид ад-дин не преминул вновь упрекнуть Ариг-Буку в двуличности и провокации, приведшей к столкновению. Он пишет, что Ариг-Бука не собирался заключать с Хубилаем мир и вместо этого готовил людей и лошадей к войне. К осени 1261 г. Ариг-Бука, по словам персидского историка, «откормил лошадей» и тайно провел все необходимые приготовления к военным действиям. Он «не сдержал своего слова, нарушил обещание и еще раз выступил на войну с кааном. Когда он приблизился к Йисункэ (одному из военачальников Хубилая), который стоял на границе области, то послал гонца передать: «Я иду с покорностью», и, усыпив этим его бдительность, неожиданно напал на него, обратил его вместе с войском в бегство». Узнав о вероломстве Ариг-Буки, Хубилай собрал свое войско для битвы, и в ноябре 1261 г. противники сошлись при Шимултае, недалеко от китайской границы. Армия Ариг-Буки была разбита и бежала. И все же через десять дней она уже успела перегруппироваться, чтобы вновь противостоять Хубилаю. Это сражение, состоявшееся севернее на западном склоне Хинганских гор в восточной Монголии, не принесло победы ни одной из сторон. Хубилай не принимал в нем личного участия, а войско Ариг-Буки, вероятно, вступило в бой лишь с небольшой частью армии Хубилая, так как, несмотря на неопределенный исход битвы, Хубилай захватил полный контроль над Монголией и получил возможность оказывать серьезное давление на базу Ариг-Буки в верховьях Енисея.
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.