真正对泰定帝具有吸引力的一项中原王朝制度，是册立皇太子制。
泰定元年三月，泰定帝在册封皇后八不罕氏同时，立年幼的长子阿剌吉八为皇太子，并命朝臣摄祭太庙以告。致和元年七月，泰定帝死于上都。半个月后，阿剌吉八便以储君名义，与皇太后联名降旨谕安百姓。他的正式登基，似乎只剩下一个时间问题。但到八月初，燕铁木儿抢先在大都发动政变，两都之间争夺帝位的斗争很快演变为遍及北部中国的内战。
燕铁木儿是元武宗漠北旧部中最受宠信的武将床兀儿之子。武宗夺得帝位之后，床兀儿继续在岭北带兵，燕铁木儿则以宿卫身份随驾南下。仁宗朝，燕铁木儿袭左卫亲军都指挥使，到泰定朝更兼佥枢密院事。这时候，仁、英宗两朝大受削弱的武宗旧人的子女中，渐生用世之志者绝不仅燕铁木儿一人。虞集提到哈剌拔都儿说，其先人在武宗朝当政之日，哈剌拔都儿“兄弟尚幼。及其长也，慨先世之遭逢，伤事变之不易，思愤忠鲠以报国家，未尝一日忘也”他们所谓“报国家”，实际上就是抱着“天下者我武皇之天下也”的观念，要把帝位夺还海山系。致和元年，泰定帝以染疾罢猎，不久即赴上都度夏。这时，留守大都的燕铁木儿不仅直接掌握着左卫亲军以及由其同族统率的钦察卫侍卫亲军，而且身居“总环卫事”的要职，有权调度拱卫京畿的其他宿卫部队。他与随驾北巡的同党相约，一旦泰定帝去世，就在上都和大都同时行动，用政变方式迎立武宗后人即位。泰定帝死后，上都局面迅速被拥立皇太子的倒剌沙控制，燕铁木儿同党在上都发难的计划没有实现。但在大都，政变行动按原计划顺利实施。
泰定帝病死时，武宗长子和世■仍羁留在察合台后王封地。虽然燕铁木儿“宣言已遣使北迎帝”，但他是否真心希望和世■入居帝位，实际上很难说。他曾紧急任命过一批宿卫军官以待调遣。“既受命，未知所谢，注目而立，乃指使南向拜，众皆愕然，始知有定向矣”可见从一开始，燕铁木儿便属意于武宗次子、这时刚移藩江陵的怀王图帖睦尔。政变当日奉命南迎图帖睦儿的明理董阿等人，虽然迟至八月中旬方至江陵，但先行的报讯急使八月六日已驰驿到达图帖睦尔处。十四日，亦即明理董阿等人抵江陵次日，图帖睦儿立刻从藩府北上，经河南汴梁，由伯颜扈从，于二十七日赶到大都。差不多与图帖睦儿抵京同时，上都方面兵分四路，实施对大都的军事行动。梁王王禅、诸王失剌、诸王也速帖木儿分别领军直逼居庸关、古北口和辽东迁民镇。湘宁王八剌失里等则绕道山西，再向东回攻紫荆口，同时可能还带有与拥护上都的陕西军队互相接应的意图。辽王脱脱、左丞相倒剌沙等人仍留守上都。这种对拱卫大都的长城诸关隘实施同时突破、然后从四面包围大都的战略，确实严重地威胁着防守兵力十分有限的大都集团。但是，把兵力分散在长城一线东西千余里的上都军队，如果各自为战，互相间缺少配合和精确呼应，那么也很容易被集中相对优势的大都军各个击破，从而使全线攻势陷于瓦解。
燕铁木儿似乎敏锐地看到了这一点。除了分出一部分兵力把守长城各关以外，他把最能作战的主力集中在自己的直接指挥之下，采用迅速转移奔袭的方式，往返转战于最需要增援的那些战略要地。九月初，大都主力先出师居庸关，击败关外的王禅，迫使他稍事后退。三日，辽东军破迁民镇后由东向西挺进。燕铁木儿立即从居庸关星夜赶赴三河、蓟州一线进行拦截。王禅见大都军主力东去，又整军来攻，于十六日破居庸关。燕上都发难稍晚于大都，事未果行而谋先泄。倒剌沙杀诸王秃满、宗正札鲁忽赤阔阔赤等十八人，制止了一场未遂政变。
铁木儿闻讯，遂留脱脱木儿屯蓟州堵击辽东军，自率主力西返。二十日，他与王禅先头部队遭遇于榆河流域，遂为争夺横跨榆河的红桥发生激烈的交战，王禅部退至榆林河北。二十二至二十六日凌晨，两军在红桥北面的白浮之野日夜激战，王禅指挥失当，连续两夜被燕铁木儿用计惊扰，在黑暗中自相攻斗，又遭到燕铁木儿的掩杀，终于全军溃败。居庸关方面的战事平息。
二十六日，上都兵破古北口。燕铁木儿立即乘白浮决胜之威，倍道兼行，在白浮山以东百余里的石槽堵截由古北口西南行的上都军，大获全胜。上都官兵降者万余人，残部北逃，被燕铁木儿前锋逐出古北口。
古北口解危前后，在蓟州--辽东军的脱脱木儿以兵力单薄战败。二十八日，上都军进据通州，逼近大都。但这支辽东军在通州逗留不进竟长达两天之久，遂使燕铁木儿得以从古北口率师南救，于十一日黄昏赶到通州。辽东军被燕铁木儿奇袭败绩，放弃通州。十月五日，它在后撤到通州东南的枣林获得后续部队增援，又与追军激战至晚，仍败绩，被迫从古北口退至长城以北。燕铁木儿遣偏师尾追未及。
取道山西迂回包抄大都的西路军，在燕铁木儿赴援通州同时，于十月一日攻破紫荆关，五日，游骑进逼大都南城。燕铁木儿留下部分军队防卫古北口，自己再次领军昼夜兼程，循北山而西。六日，大都方面月初从通州遣往紫荆关增援的四千精兵赶到良乡南，与上都军激战，忽剌台受创。翌日，燕铁木儿又自率主力趋近良乡，西路上都军闻风溃散，紫荆关复安。从山西分兵南攻冀宁的湘宁王八剌失里这时已克服该城，但是因为围攻大都的四路军队中已有两路完全溃败，退至古北口外的辽东军这时也已丧尽原先的锐气，湘宁王孤军深入，既难以进一步扩大战果，更不可能直接影响千里之外的大都战局，所以攻占冀宁对上都方面来说至多只是一枝无果之花。十月十一日，退出长城的辽东军经过整顿，再次破古北口南进。燕铁木儿遂由大都领军往迎，在檀州南与上都军会战，再溃之。至是，上都方面出攻大都的四路军队全部瓦解。
随着上都方面的军事行动渐次受挫，驻牧辽东的东道诸王中一部分起先居于观望立场的人，逐渐倒向大都方面。屯防辽东的东路蒙古军元帅府元帅不花帖木儿是燕铁木儿的叔父，他在策反东道诸王方面应当起了一定的作用。齐王月鲁帖木儿、不花帖木儿聚集的若干左手诸王及其将领，进围上都。这时候上都兵力差不多已完全消耗在分道南攻的战事中，辽王脱脱等勉强整军出城应战，兵败。脱脱被斩杀于阵前，梁王王禅脱遁。倒剌沙被迫奉皇帝宝玺出降，阿剌吉八失踪。
两都之战虽然只是蒙古、色目高级贵族集团之间的一场内争，但是由于东路蒙古军元帅府于至顺元年六月改为东路钦察军万户府。据是，则这支驻军或以钦察族人为主干。
他们掌握着中央--和各行省的政治、经济和军事控制权，所以还是把大半个中国拖进了内讧的旋涡。当时各行省的倾向可以分为三个类型。一类如河南、江西、湖广等省，被坚决支持大都的官员或诸王所控制。河南行省平章政事蔑儿乞氏伯颜，十五岁即入藩邸为武宗侍臣。武宗即位后成为--中枢的军政要员。但他自仁宗朝起就差不多一直外放，所担任的虽然也是行台长官、方面大员等要职，毕竟失去了在朝官“密近天光”的优越地位。燕铁木儿发难大都后，受命南迎图帖睦尔的特使明理董阿道过河南时，以所谋密告伯颜。伯颜当即表示：“此吾君之子也。吾夙荷武皇恩，委以心膂。今爵位至此，非觊万一为己富贵计，大义所临，曷敢顾望。”明理董阿遂拘执行省平章曲烈、右丞别铁木儿，伯颜“集行属明告以故。于是会计仓廪、府库、谷粟、金帛之数，乘舆供御、牢饩膳羞、徒旅委积、士马刍■供亿之须，以及赏赉犒劳之用，靡不备至。不足，则檄州县募民折输明年田租，及贷商人货资，约倍息以偿。又不足，则邀东南常赋之经河南者，输止之以给其费”
可见大都方面通过伯颜，不仅调动了河南，甚至还调动了东南地区的经济资源来支持对上都的战争。伯颜本人在图帖睦尔赴大都途经河南时，亲自勒兵扈从北行。在此之前，他已以“权署官摄其事”的方式，将亲信安排到各郡县，牢牢控制了河南局势。到九月底、十月初，河南更成为抵拒响应上都的陕西军队东指京畿的重要屏障。湖广行省平章政事高昌王铁木儿补化、镇武昌的威顺王宽彻不花可能早与图帖睦尔有密切交往，所以也在燕铁木儿发难之初即拥护大都。江西行省亦因两平章倾向燕铁木儿而成为大都集团的积极支持者。
另一类行省则对两都之争持消极观望的立场。大都传檄各地时，江浙行省平章换住、高昉等态度暧昧，燕铁木儿原拟“锁系行省宰臣”，后来因为担心民心震骇，易生他变，遂改为“给官舸”召省臣五人入京，另任亲信明理董阿为江浙平章。高昉在赴都途中受惊而死。上都方面也遣人从海上到杭州活动，虽然被行省当局戮于市，但仍不免“人心汹惧”，可见局势并不稳定。由于明理董阿的监临，江浙行省始终没有公开称兵，而在大都从该地征调军队和物资时，它也还是基本服从的。这与大都政权采取了尽可能不激发新对抗的正确策略，当有一定的关系。甘肃行省亦因省臣分裂为支持大都、上都的两派，互相僵持而反侧不安。直到两都之战结束，当地局势才渐次明朗。四川和云南的情形可能更特殊。西省宰臣虽然都无疑站立在武宗系一边，但他们都欲拥立武宗长子和世■为帝，而对燕铁木儿集团偏向图帖睦尔的种种迹象极其敏感和警惕。所以两都之战进行过程中，四川和云南对大都集团的观望多于支持。图帖睦尔即位以后，两省先后起兵失败。实际上他们都是站在和世■一边反对图帖睦尔—燕铁木儿集团的。
最后一个类型如陕西、辽东等省，是上都集团的坚决支持者。辽东行省的军队，是围攻大都的主力部队之一，已见前述。陕西行省驻军差不多与上都军同时采取行动。其中路于九月二十五日入潼关，进据陕州。北路于九月末从大庆关渡黄河，破河中府，河东郡县守官多弃城而走。惟是后两路军队进展迟缓。北路在十月十五日方至晋宁，虽与自北而南的湘宁王八剌失里互为呼应，但这时京畿地区的战事业已结束，陕西军继续东进，其势不过强--之末而已。十月下旬，北路军以余勇进至潞州，此后军心懈怠，终在十一月初投降。中路军的情况亦相类似。它在十月末破虎牢关，十一月上旬进逼汴梁。这时全国局势已基本稳定。大都政权乃遣使传檄，放散陕西军以示宽宥。屯于汴梁至虎牢关一线的陕西中路军闻诏，“各已骇悟”，终而从汴梁撤军返陕。陕西南路军出兵更晚，于十月中旬末取武关，十月下旬至十一月间向南攻占邓州、襄阳。是军亦于十一月中旬末奉大都诏命罢兵撤还。两都之战的余烬至是始告熄灭。
燕铁木儿凭借他出色的政治谋略和卓越的军事才干，将帝位夺归海山系后，海山长子和世■及次子图帖睦尔之间争夺皇位的暗斗便立即突现出来。燕铁木儿既然居功自傲、一心以专任独署的权臣自期，就必定要从巩固自己权势的角度出发竭力干预新君人选。于是与南坡之变同样惊骇朝野的血腥杀戮事件，再一次在元朝宫廷发生。
