泰定五年（1328年）二月，泰定帝改元“致和”。致和元年（1328年）七月十日，泰定帝也孙铁木儿驾崩于上都，享年三十六岁。泰定帝死后，泰定朝的权相倒沙剌联合辽王脱脱、梁王王禅趁机把控了朝政，但并未及时确定大义名分，拥立太子阿速吉八即位。
正在此时，元朝留守大都的西安王阿剌忒纳失里联合枢密院事燕铁木尔在大都发动政变并控制大都，宣布正统不在泰定帝一系，应该拥立元武宗一系即位为帝，之后马上派人前往江陵接元武宗之子图帖睦尔北上。
九月十三日，在群臣的拥立下图帖睦尔表示暂且登基，之后再将皇位还给长兄和世瓎。同月，上都方面的中书丞相倒沙剌、辽王脱脱、梁王王禅拥立太子阿速吉八登基，至此，蒙元两都之战正式打响。
元文宗图帖睦尔
两都之战的诱因—南坡弑君
至治三年（1323年）八月，元英宗硕德八剌从上都南返，四日，硕德八剌及其手下臣属驻扎在上都以南三十里的南坡。当晚，御史大夫铁失联手齐王月鲁铁木尔、大司农失秃儿等人弑杀硕德八剌，同时迎立晋王也就是后来的泰定帝也孙铁木儿即位，帝系自答剌麻八剌一系转移。
元朝皇帝世系
在晋王也孙铁木儿进入大都以后，迅速诛杀了发动南坡弑君政变的铁失一干人等，试图洗白自己即位的不正当性。为了解除身边对于自己帝位的威胁，名为迁移实为软禁的将元武宗之子图帖睦儿迁到金陵，并派兵看管，同时排挤原本顺宗一系的旧臣。
泰定帝的这一系列行为引起了武宗、仁宗、英宗数朝旧臣的不满，而两都之战爆发之前率军占领大都的燕铁木儿，燕铁木尔祖上是钦察人，他继承了父亲的钦察左卫，在武宗时期为武宗海山所看重，当时的燕铁木儿正二品的宣徽院事，但在泰定帝执政时期，却被打发到佥枢密院当一个正三品但是每天闲的发慌的闲职。
这种事自然引起了燕铁木尔的不满，在渤海人任速哥的鼓动下，泰定帝死后，燕铁木尔拿泰定帝得位不正之事来做文章，伙同三朝时期的旧臣正式与上都集团决裂。
行省的站队
在大都和上都集团彻底决裂之后，元朝各个行省也开始了战队，而此时的上都集团，继承了元朝绝大部分的军事力量，大都集团在开战之初军事上面临压倒性的劣势。元代的宗王手中有一定的军事力量，而宗王力量在武宗、仁宗、英宗三朝时饱受压制，在泰定帝即位以后恢复了宗王原有待遇的同时，还开始在益都、陕西等内地设置宗王出镇，因此，在两都之战时，宗王多选择站在了上都一边。
支持上都：
辽阳行省：辽阳行省平章（相当于省长级别）秃满迭儿是上都集团的坚定拥护者，而在东北势力庞大的辽王脱脱也站在了上都，辽东军在两都之战中辽东军自辽西走廊攻打迁民镇（即是后来的山海关）威胁大都，给燕铁木尔带来不小的麻烦。
岭北行省：上都集团的晋王甘麻剌一系自一开始就被封于漠北，晋王一系在岭北行省经营多年根基深厚，岭北行省是上都集团的大本营。
陕西行省：除陕西行台御史大夫后来名臣脱脱的弟弟也先帖木儿支持上都外，早年被泰定帝封为靖安王的阔阔不花也感念泰定帝也孙铁木儿将他封在陕西的恩情，率军西出潼关，和辽东军形成钳势夹攻大都集团。
四川行省：四川行省的平章囊加台自从祖父钮磷是跟随蒙古大汗蒙哥攻蜀后留下的，与梁王王禅关系密切，但事实上对于上都政权观望大于支持，早先囊加台率军攻占鸡武关威胁襄阳，同时南下播州攻打宣慰使杨延里不花，但在上都政权兵败以后，却打起元文宗兄长和世瓎的旗号。
在支持上都的行省中，辽阳、陕西、岭北是坚定的上都支持者，四川因为相对来说仅仅只是站队，对于上都政权的支持并不坚定。
支持大都：
河南江北行省：虽然河南江北行省中有上都的支持者，但支持大都才是主要力量，伯颜护送图帖睦尔北上之后，正是河南江北行省给大都提供了大量物资，同时挡住陕西的军队北上。
湖广行省：图帖睦尔北上的出发点是在湖广行省的江陵，在威顺王宽彻不花的支持下，图帖睦尔才得以北上大都。
江西行省：江西行省平章秃坚帖木儿和八失忽都与燕铁木儿私交不错，因而都站在大都政权。
观望不表态：
甘肃行省：内部意见分化较大，并没起到什么作用。
江浙行省：平章高昉等人消极不表态，后被宣召入大都，总体偏向于大都政权。
云南行省：四川行省平章囊加台在当时兼任了云南行省平章，行省右丞相也尔吉尼也拒绝大都的征召。但在并没有对于上都政权实质性支持。
省份实力对比：
虽然说两都之战是一场全国战役，但元朝的上都和大都距离不远，不同于明朝的南北两京，战役的关键在于两个都城之间，只要其中一方政权丢掉了都城失去了正统性，即意味着另一方的全面胜利，而两都临近，决出胜负往往不会太慢。
这样看来，上都还是占据很大的优势，大都方面江西行省远水救不了近火，仅能依靠的只有河南江北行省和半个直隶中书省，还处于上都辽阳行省、上都军、陕西行省的钳攻之下，形势不容乐观。省份上，上都占优。
元朝两都之战省份站队图
军队的站队
随着各省纷纷站队，军队也陷入了分裂。元朝的军队分为中央军系统和地方镇戍守边系统。
中央军系统：
中央军分为怯薛军和侍卫亲军。怯薛军兵力约莫万人左右，一般由勋贵子弟组成，负责保护皇帝的安全。但此时的怯薛军腐化严重，几乎演变成不堪一战的勋贵集团，和后世明朝的三大营有异曲同工之妙，甚至于到了元仁宗爱育黎拔力八达的时候，连负责皇帝安全的任务都无法完成，要侍卫亲军协助完成。
侍卫亲军中，依照种族分为了色目军、蒙古军、汉军。色目军战力较强，蒙古军缺少实战次之，汉军因为缺少操练几乎可以说不堪一战。
色目亲军中的大部分，如左阿速卫、右阿速卫、左钦察卫、右钦察卫、贵赤卫等因为随同泰定帝北上而在上都。此时留守大都的大多是汉人卫军，约莫五万人。蒙古军中的左右翊卫以及左右卫率府的人数虽然接近两万人，但同样长期缺少实战，战力很成问题。中央军系统，还是大都占优。
地方镇戍系统：
元朝的地方军分为以下几种——蒙古军、探马赤军、汉军。这些军队在两都之战中有不同程度的参与。
蒙古军：
是自成吉思汗以来，就分为左右两翼万户管辖，在地方军中战力较强。由于右翼万户在忽必烈和阿里不哥兄弟内战时站错队，导致势力大减，被成吉思汗封为右翼万户的博尔术的后代被迁至大都。而左翼万户在归属朝廷的同时，下辖汪古部、弘吉剌部、兀良哈部等部诸千户（兀良哈部即明朝朵颜部，元朝时历为辽王所辖，明捕鱼儿海之战后，元辽王阿扎失里、会宁王塔宾贴木儿归降明朝。其后，明廷封阿扎失里为泰宁路指挥使，塔宾贴木儿为指挥同知），实力强悍，由于晋王府一直深居漠北，因为原先的左翼蒙古万户是站在上都方面的。
探马赤军：
成吉思汗早期的蒙古军在作战时并没有全军出战，除常备军怯薛军外其他的部队属于抽签部队，负责对新征服地区的镇守。
探马赤军是由各部拣选的士兵混合组成的，《经世大典·序录》上也说：“探马赤则诸部族也。”1217年，成吉思汗命木华黎攻金，从兀鲁兀、忙兀、札剌亦儿、弘吉剌、亦乞烈思五个蒙古部落的各千户、百户中，挑选矫捷有力的士兵组成了最早的五投下探马赤军。
在忽必烈建号“大元”之后，探马赤军按百户、千户、万户、万户府归属四个蒙古军都万户府管辖。分别置于山东河北、河南淮北、四川、陕西，总数七万人左右，负责监视汉军以及新附军，和后来的各大省城的八旗有相似之处。
两都之战时，四川、陕西两个万户府站在上都，山东河北、河南淮北则选择了大都。
汉军：
在南宋灭亡后，汉军世候逐渐没落，汉军的镇戍系统大抵按照探马赤军的镇戍系统建立。经过历任皇帝对于汉人武装的监视及打压，两都之战时汉军中有南宋灭亡后的大部分新附军。元朝灭宋以后，宋军的降军作为新附军保留下来，但到了两都之战时，这一编制虽然偶见于史料，但实际上已经被彻底打散，大部分归由汉军管理。
此时的汉军相较其他军队人数较多，分布全国各地，但因为疏于操练战力低下，也因此在两都之战时没有发挥什么太大的作用。
总体比对：
总的来说，在军队站队方面，上都政权仍然对大都政权保有很大的优势，除了中央军站队上都以外，地方军的蒙古军也支持上都，在军事方面，大都的考验极其严峻。
身在上都，心在大都——上都军的劣势
上都军虽然名色齐全，战力强，但却组成复杂，由于泰定帝带兵行至上都，上都军中并非所有军队从心里支持上都，只是在周遭环境不许可的情况下被迫支持，而上都政权在这一方面的做得并不好。
在大都政权军事上严重处于被动挨打的情况下，大都方面的燕铁木儿成了破局者，他利用上都军没有及时安抚家眷都在大都中的色目军一事，迅速拉拢了色目军的精锐，改变了几乎必输的结果。
大都政变以后，燕铁木儿就积极的征调兵马，加强大都防御，安抚各省。燕铁木尔重点部署防御的地区是：紫荆关、居庸关、古北口、迁民镇防守，同时利用上都色目军中家眷不在军心不稳的特点，利用自己在色目军中的影响力拉拢上都军中的色目军。
在燕铁木尔的拉拢下，燕铁木儿弟撒敦和其子唐其势带领钦察卫军返回大都，加强大都的防守。而阿速卫、贵赤卫之后也投奔大都。上都政权取得了开战前线的局部优势，并借此攻灭上都。
两都对战—失误再失误
对于上都政权来说，虽然色目军精锐叛逃，但至少就军事层面而言，上都政权仍然不处于下风，但在关键对战阶段，连连的失误却葬送了上都最后的机会，这就是上都高层在战略部署上稍逊于大都高层的结果。
在倒沙剌的布置下，辽王脱脱和他自己留守上都，其余兵马由梁王王禅、宗室失剌、辽阳行省平章秃满迭儿、湘宁王八剌失里四路分进合击，分别从居庸关、古北口、迁民镇（山海关）、紫荆关进攻，进攻方向完全被燕铁木尔猜到。
事实证明，刘裕灭后秦的分进合击战术不是什么时候都可以学的。分进合击战术的优势在于：
一.是能够有效牵制敌方兵力，使对手进退失据，并在这个时间各路军队合击敌军，彻底确定优势，这是分进合进战术的核心。
二.是能够迷惑敌军，迫使敌方分兵摊薄防守兵力，进而创造进攻机会，从一路寻求突破。
三.是能够增强己方兵力机动性，提高后勤保障（上都或许是考虑经济不占优势才做此选择）。
四.是各军能够互相兼顾，出现各种情况可以及时应援。
同时，分进合击也存在一些劣势：
一.兵力分散，给了对手分割消灭的机会。
二.各军协同配合执行起来有困难，容易因此生乱。
那么，上都政权为什么不适合用分进合击战术，且先谈谈两都之战中上都对于大都的进攻。八月二十五日，上都宗室失剌率军进抵古北口，负责防御的是从上都叛逃过来的阿速卫。
阿速卫隶属于色目军，在1221年的蒙古西征中，他们也同库曼、保加尔等突厥势力并肩作战。直到1239年的窝阔台西征，阿速国才举国倒向哈拉和林的宫廷。国王杭忽思更是让儿子阿塔赤作为人质，参加帝国的怯薛近卫军。
相比于阿速卫的众志成城，失剌军中并不好过，贵赤卫本就在大都和上都之间游移不定，战斗的时候也出工不出力，很快失剌战败逃走，贵赤卫干脆南下投归了燕铁木尔，成为古北口的防御力量。
古北口战事不利的同时，居庸关的上都军同时受挫，在居庸关之战中，燕铁木尔率军督战的同时，燕铁木尔的弟弟撒敦偷袭榆林的上都军得手，上都军兵力不继，只得退去。两线不利的情况下，在数日之后，辽东上都军取得了较大的进展。
辽东上都军趁大都军主力激战西线，辽阳平章秃满迭儿攻入迁民镇（山海关）后直抵大都郊外，撒敦迅速回防，而上都方面的梁王王禅一向精于兵事，抓住这个时机攻入居庸关，意图合辽东军夹击大都，逼得大都的皇帝图帖睦尔要御驾亲征。
还是燕铁木尔，他迅速回援，在榆河利用梁王王禅兵力不足的特点以两翼包围，中路突击的战术击退梁王王禅，又在数日之后成功袭营得不到接应的梁王军，梁王王禅败回上都。
上都军军力强悍，在接连受挫之后仍然能趁阿速卫东调的机会攻入古北口，燕铁木尔只能继续回师。九月二十七日，撒敦的先锋军攻抵石槽，上都军并未做出很好的防备，再次溃败，上都军再次被逐出古北口。
上都军四路军队始终无法对大都形成合击，燕铁木尔抓住机会，集中力量各路突破，到了十月十一日，上都军的进攻彻底失败，大都上都之间攻守易势。
自九月以来，陕西军在河南攻城掠取得了重大的战果，但对于上都主战场的全面失败仍然于事无补，这是一场特殊的全国战争，虽然各省都有参与，但上都和大都的距离实在太近，并没能留下缓冲的机会，上都进攻失败后，大都也没留给上都喘息的机会。
由于进攻失败，上都集团的内部矛盾迅速激化，辽王脱脱与齐王月鲁铁木尔翻脸易帜，大都军也乘此机会攻入上都，十月十三日，仅仅上都进攻失败两日后，上都投降。
早先，上都政权关于分进合击的布置并无不妥，但在阿速卫叛逃之后就不再合适，上文说过，分进合击的核心在于牵制对方兵力，在对方应接不暇时乘机合力，阿速卫叛逃以后古北口的防御得到极大的加强，四路合击明显不切实际，即使其他军队突破防守，在缺少策应的情况下很难不重蹈北宋“五路伐夏”的覆辙。
上都政权在阿速卫叛逃以后，四路皆破合击已无可能，上都方面也没有及时灵活转换战术，想到哪里攻打哪里，在梁王王禅以及辽阳平章秃满迭儿同时取得战果时进行支援，败相已经充分显露。
尾声
上都投降以后，皇帝阿剌吉八失踪，上都其他的军队在短暂的抵抗后迅速失败，全国各地的上都力量或投降或被扑灭。
上都政权在一开始没有做好精锐部队的安抚工作，在形势改变后分进合击战术也没有做出相应调整，在两都之战中，上都军虽然能够依靠其雄厚的实力多次威胁大都，但始终只能是威胁，而没能更进一步，其主要原因也是因为僵化的指挥没能形成策应。
能分进，却无法合击，上都的失败已经无法避免。