В конце 1276 г. положение ухудшилось, так как князья сговорились сорвать поход Номухана. В число заговорщиков входили Тог-Темур, сыновья Ариг-Буки Юбукур и Мелик-Темур, и сын Мункэ Ширеги. Каждый из них, вероятно, в глубине души считал, что имеет больше прав на престол, чем Хубилай и его сыновья. Во главе заговора, по-видимому, стояли Тог-Темур и Ширеги. Как сообщает Рашид ад-дин, «на охоте Тук-Тимур и Ширеки встретились и порешили совместно: "Захватим Нумухана и выдадим неприятелю"». Однажды ночью они пробрались в лагерь Номухана и захватили его самого, его младшего брата Кокочу и Аньтуна. Номухана и Кокочу отослали к хану Золотой Орды Мункэ-Темуру (Менгу-Тимур), а Аньтуна выдали Хайду. Ответ Хайду не внушал особого оптимизма. Он уклонился от предложений заключить союз с заговорщиками, передав им через гонца: «Мы вам очень признательны и на это уповали; оставайтесь на месте, так как в тех краях хорошие вода и трава». Иными словами, он не хотел видеть самозванных союзников в своих владениях. Возможно, он не испытывал к ним доверия, а может быть, не ощущал необходимости в помощи с их стороны. В любом случае, он не стал вступать с ними в соглашение. Заговорщики, потеряв надежду на поддержку Хайду, должны были опасаться возможного нападения отрядов Чагатая с запада и войск Хубилая с востока. Получив мало обнадеживающее послание Хайду, они вскоре отошли в более безопасную, по их представлениям, местность — монгольские степи и область Верхнего Енисея.
Судьба трех пленных вождей кажется на первый взгляд удивительной, так как никто из них не пострадал. Их просто держали в плену — почти десять лет. Хайду отпустил Аньтуна в 1284 г., и 4 января следующего года он был восстановлен в прежней должности премьер-министра правой стороны. К счастью Номухана и Кокочу, доставленных в качестве пленников в Золотую Орду, при дворе Мункэ-Темура большим влиянием пользовалась Кельмиш, внучка Толуя и их двоюродная сестра. По-видимому, она облегчала им жизнь во время плена и в какой-то мере способствовала их освобождению. По словам Рашид ад-дина, «когда Нумухан был схвачен своими двоюродными братьями и отправлен ими к Мункэ-Темуру, Кельмиш-Ака приложила все усилия, чтобы вернуть его отцу с изъявлениями всяческого уважения». Ее настойчивость и, вероятно, желание самого хана наладить отношения с Хубилаем и домом Толуя в конце концов привели к освобождению Номухана и Кокочу. Они прибыли в Даду 26 марта 1284 г. Через два месяца Хубилай даровал Номухану титул князя Бэй-аня (Северного спокойствия) в знак признания его заслуг и тягот, которые он претерпел в Средней Азии и России.
Те десять лет, которые протекли между пленением и освобождением Номухана, Хубилай не сидел сложа руки. Узнав о несчастливой судьбе Номухана, он отправил к нему на выручку Баяна, своего самого способного и удачливого полководца. Однако Баян, несмотря на блестящие победы, одержанные им в походах на империю Сун, в данном случае не сумел добиться успеха.
Он пытался вынудить врагов, особенно заговорщиков, выдавших Номухана, вступить в сражение, но они постоянно уклонялись от столкновения. В августе 1277 г. он разбил войска Ширеги в битве на берегах Орхона.
Тем не менее, Ширеги удалось бежать. Армия Номухана, оставшаяся без начальника, предприняла несколько отважных попыток его вызволить, нанеся ряд поражений предателям в 1280 и 1281 гг. И все же они не достигли своей цели.
В конечном итоге Хубилай был вынужден признать безнадежность попыток установить контроль над Средней Азией. Ему пришлось признать Хайду фактическим правителем этой области. Даже самый выдающийся и заслуженный полководец оказался неспособен одолеть Хайду и подчинить Среднюю Азию власти Хубилая. Он неохотно снялся с позиций в степях к северу от Тянь-Шаня и очистил базу Номухана в Алмалыке. Тем не менее, он стремился держать под своим контролем оазисы к югу от Тянь-Шаня, располагавшиеся на важнейших торговых путях. Его планы требовали выделения значительных ресурсов, но в конце концов он отступил к границам китайских поселений, оборонять которые было гораздо проще.