1256年，旭烈兀军攻灭并盘踞马拶答尔（今伊朗马赞德兰省）诸山城的“木剌夷国”（伊斯兰教亦思马因派势力。其它伊斯兰教徒称他们为mulida，意即“异端者”）。

1258年攻陷巴格达，杀末代哈里发（Khalifat，伊斯兰教主的称号），灭阿拉伯帝国。1259年，旭烈兀分兵三路，征服叙利亚。

1260年春，旭烈兀得知蒙哥卒于四川，于是留先锋怯的不花继续征进，自率其余军队退回波斯。9月，怯的不花军在阿音札鲁特被密斯儿（埃及）苏丹忽秃思军击溃，蒙古所占叙利亚诸城尽失。

旭烈兀回波斯后，获悉忽必烈已经即大汗位，并与幼弟阿里不哥发生了汗位之争，遂不再东返蒙古。他向争位双方派出使者，表示拥护忽必烈为大汗，指责阿里不哥。

1262年，钦察汗国别儿哥汗为争夺旭烈兀控制下的阿塞拜疆地区，发兵来攻，双方激战两年多。别儿哥虽然退回，但此后两蒙古汗国经常为领土争端发生冲突。

1264年，阿里不哥投降，忽必烈遣使征询有关处置阿里不哥等叛王的意见，同时正式封旭烈兀为“统治阿姆河直至叙利亚和密昔儿间疆土之王”，称伊利汗。于是，原由大汗政府直接管辖的波斯地区，实际上成为旭烈兀的领地。一个新的蒙古汗国——伊利汗国在西亚出现。旭烈兀派遣使臣来中国，表示赞同忽必烈关于处死从叛诸将、赦免阿里不哥的建议，并愿意与别儿哥等西北诸王一起前来出席忽里台大会。1265年，旭烈兀卒，未能实现前来参加忽里台大会的诺言。

旭烈兀去世后，诸王、大臣奉阿八哈嗣位。阿八哈以未得大汗许可，只权摄国政，同时遣使报丧，于是忽必烈派使者持诏立他为汗。

阿八哈即位后，向全国各地委派了官吏，命志费尼继续担任宰相职务，阿儿浑·阿全主管各地包税制；规定凡旭烈兀制定的一切法律和他所颁布的各种诏令，都要坚决遵守和履行，严禁更改歪曲。

阿八哈即位后，始定都于大不里士（桃里寺），以蔑剌哈为陪都。

拖雷家族控制蒙古国东、西两端最为富庶的汉地和波斯的行为，引起了窝阔台、察合台两系宗王的不满。1269年钦察、察合台和窝阔台三汗国诸王会聚于塔刺思，议定察合台汗国向阿姆河以南发展。时波斯境内地位最高的察合台裔宗王是捏苦迭而，察合台汗八剌派出使者至其处，希望他能指挥手下军民脱离阿八哈营垒。但事机败露，阿八哈立即调兵遣将，以武力消灭了自己后方的异己势力。八剌要求伊利汗国让出也里至阿姆河和申河（印度河）之间的土地，遭到拒绝后，于1270年率领大军渡阿姆河进入呼罗珊。伊利汗国守军向杩拶答儿溃退。入侵军队的主力进至木儿加布河与也里河流域，而其前锋前出至你沙不儿一带。阿八哈闻知后，立即调集大军东趋迎敌，到达也里之北的八忒吉思草原。为避免流血，阿八哈倡议约和，许以割让哥疾宁至申河之间地以换取八刺的军队撤出呼罗珊，但被拒绝。阿八哈遂以计谋引诱八刺的主力进入也里城附近的设伏地区。两军会战的结果以察合台汗国的惨败而告终。

八刺死后，察合台汗国陷于混乱。阿八哈出动大军，攻入阿姆河以北地区和花刺子模。1273年初，阿八哈军陷不花刺城，在大肆杀掠之后，掳掠大批人口向阿姆河退去。

1282年阿八哈卒，弟贴古迭儿继立，称阿合马汗。1284年，阿八哈子阿鲁浑声言其父尝受大汗册命，汗位应当属己，于是在权臣不花支持下起兵推翻其叔，并遣使入元奏报。忽必烈遣使臣斡儿都海牙，命阿鲁浑继承汗位，并授不花为丞相。在此之前，忽必烈元廷使臣蒙古朵儿边氏人孛罗丞相和佛林人、“怯里马赤”（通事）爱薛等出使伊利汗国。

1284年孛罗等到达。孛罗在元朝历任要职，学识丰富，阿鲁浑将他留在汗廷参议政事，而爱薛则回到元朝。阿八哈、阿鲁浑父子为夺取叙利亚之地，采取与欧洲基督教国家结盟的政策，和拜占庭帝国结亲，并遣使赴罗马教廷及英、法等国，建立了友好关系。

1291年阿鲁浑卒，弟海合都继立。他另有刺麻（喇嘛）教名“亦邻真朵儿只”，在藏语中意为“大宝金刚”。海合都挥霍无度，国库空虚，于是仿效元朝钞法，在孛罗丞相指导下印造发行交钞（见钞），但行用未久即废。

1295年权臣谋杀海合都，奉诸王拜都（旭烈兀庶子塔刺海之子）为汗，阿鲁浑之子合赞起兵讨灭叛者，夺取汗位。合赞为取得当地封建主和穆斯林的支持，改信伊斯兰教，并定为国教；取改名马合木（Muhammad），称苏丹。这一变化“标志着蒙古人在伊朗的统治开始正式进人伊斯兰化时代，蒙古特征以更柔和的方式融人伊斯兰社会之中，因此可视为伊利汗国政治的分水岭”。

合赞即位后，大力进行社会改革，制定新的土地、赋税、驿站、货币等制度，限制蒙古贵族、将校和官吏对人民的横征暴敛，使农业、工商业得到发展，财政收入增加。他还鼓励发展科学文化，在首都兴建天文台，设立学校，命宰相拉施特（又译拉施德丁）编纂《史集》。合赞通晓多种语言，对天文、医学和许多工艺都颇有知识，尤精通历史，被誉为贤君。他与埃及的马穆鲁克王朝为争夺叙利亚多次发生战争，察合台汗国的笃哇汗乘机攻占伊利汗国东部的吐火罗（今阿富汗斯坦东北部）之地。除此之外，他同英国、法国和罗马教廷建立了使节来往关系。

蒙古帝国内部的纷争和战争，使许多蒙古青年被沦为当地阿拉伯人的奴仆，大大降低了蒙古军队在人们心中的威望。为此，合赞汗下令，凡是被卖出的蒙古族青年，必须用现金赎回，以为大汗效力。这样，在两年之内赎回了近1万人，组成御林军，派孛罗丞相担任万夫长。

合赞统治时期，是伊利汗国的最强盛时期。1304年合赞去世，弟合儿班答继立，号完者都汗，迁都于新建的苏丹尼耶（又译算端城）。合儿班答遵循其兄政策，仍用拉施特为宰相，继续发展经济、文化。拉施特除完成《史集》外，还编纂了一部《伊利汗的中国科学宝藏》，介绍中国历代的医学成就。这时，元成宗与笃哇、察八儿达成和议，蒙古宗室内部的斗争暂停，东西驿路畅通，伊利汗国和元朝的使节往来更加频繁。

到元武宗以后，察合台汗国与元朝和伊利汗国之间的关系重趋紧张。察合台汗国驻于哥疾宁的诸王倒的火者部下诸将勾结伊利汗国谋叛，伊利汗国军队乘势渡阿姆河深入察合台汗国。察合台汗国统治者一直对元朝和伊利汗国的关系保持着警惕，伊利汗国重臣阿必失哈自元廷归国途中，为也先不花所获，泄露了元朝西北戍军的备战活动，为也先不花重启战端提供了借口，他派军队越阿姆河攻入呼罗珊，直至以脱火赤丞相和床兀儿为首的元军再度发动攻势，迫使察合台汗国从伊利汗国撤军，回师东援，才改变了伊利汗国的败局。

1316年合儿班答卒，其子不赛因汗（阿布·赛义德）嗣位，还都大不里士。权臣出班有拥立之功，不赛因为他向元朝请封。1324年泰定帝授出班“开府仪同三司、翊国公”，赐银印、金符。出班专擅国政，诬杀宰相拉施特，使财政陷于混乱；其诸子皆居要职，与不赛因发生矛盾。后不赛因杀出班第三子，出班举兵叛，兵败被杀。经过这次内乱，国势削弱，统治集团的内部矛盾和国内民族矛盾、阶级矛盾同时迸发。

1335年不赛因死后，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，小亚细亚的楚邦王朝，互相攻杀。

1355年，钦察汗国的札尼别汗（一译贾尼别克汗）攻入大不里士，杀死操纵朝政的出班后人，伊利汗努失儿完不知所踪。在纷乱中，一些地方贵族也乘机独立，形成割据局面。据有巴格达的蒙古贵族哈桑（札剌亦儿氏）于1340年自立为汗。1358年，其子兀洼思汗兼并阿塞拜疆等省地，移都于大不里士，史称札剌亦儿王朝。14世纪末，这些王朝相继被帖木儿帝国攻灭。

其极盛时代领土东起阿姆河和印度河，与察合台汗国和印度为邻；西临地中海，领有今小亚细亚半岛的大部分，与埃及和欧洲相望；北至太和岭（高加索山脉）和花刺子模，与钦察汗国接壤；南濒波斯湾和阿拉伯海。

旭烈兀以蔑剌哈（又译蔑刺合，今伊朗东阿塞拜疆省马腊格）为首都，阿八哈即位后，始定都于大不里士（时译桃里寺，今伊朗阿塞拜疆大不里士城），以蔑剌哈为陪都。伊利汗国的君主都住在帖必力思附近的兀章，夏天移居阿剌答黑，冬季住巴格达（时译报达，今伊拉克首都巴格达）。

伊利汗国前期（1260―1295）的国家制度较不完善，多行蒙古旧俗，国家统治方式主要是一种粗放式管理、军事贵族为主体的军政统治。

旭烈兀被册封为伊利汗后，承认忽必烈的宗主权，而自己有权处理伊利汗国内部的一切政务，并向各地委派了官吏。旭烈兀汗把伊拉克、呼罗珊一带（今阿姆河以南，兴都库什山脉以北地区）至阿姆河口的土地赐给了其长子阿八哈汗；高加索地区赐给了第三个儿子玉疏木忒。将迪牙儿剌必阿（叙利亚边界处）直到幼发拉底河边的土地，交给异密图答温管理；同时把鲁木地区交给木因丁·彼尔瓦捏，帖必力思交给篾力撒都剌丁，起儿漫交给图儿坚哈敦（王后），法儿思交给异密汪吉阳管理。任命志费尼（《世界征服者史》作者）为撒希卜·底万（宰相兼财政大臣），使其全权决定、主宰、安排和掌握国事（拉施特《史集》）。

后期（1295―1355），合赞全面改革，伊利汗国的国家制度逐步完善，形成了中央集权的君主专制国家。

合赞汗改革时，致力发展农业生产。他鼓励农民开垦荒地，第一年免税，第二年根据河渠远近与垦殖难易，分别免税三分之一、二分之一或三分之二；允许拨出一部分税额，购买耕牛、种子和农具分给无力耕种者。为解决灌溉问题，合赞汗主张开凿灌溉渠，其中一条被命名为合赞汗（在希剌州）。该渠利用幼发拉底河的河水，灌溉了无水荒漠的怯儿别剌，使其变成为富庶的农业区，粮食的年收获量约10万塔合儿。为使荒芜的大片农田得以恢复，合赞汗下令：凡能修整和耕种已荒芜的农田者，将获得地产权，并能世袭相传，具有转让权；在税额上实行优惠。其结果，使农业得到进一步恢复，农民生活有了保障。在高加索地区，种植了大量果树、蔬菜及青草等。

在旭烈兀、阿八哈、阿鲁浑任大汗时，原波斯的贵族们从蒙古统治者手中没有得到应有的权利，相反地，他们的土地被全部没收，变成国有土地，掌握在蒙古统治者手中。只有忠实效劳于伊儿汗的少数波斯人贵族，才能得到一定的特权。如，志费尼年收入可达3000第纳尔。由于蒙古统治者对当地波斯农民的过分剥削使得他们四处逃亡，大片土地处于荒芜状态。即使蒙古统治者采取了一些缓和措施，迫使农民归乡务农，仍无效果，逃亡人数有增无减。这种局面严重地影响着国库收入和社会秩序。

伊利汗国出产桑蚕和羊毛，是生产珍贵纺织品的国家，如提花锦缎、绫织品、天鹅绒、地毯等都闻名于世。乞失和兀满，是两个珍珠产地。在沙班葛剌地区出产牛黄，这在当时是一种无与伦比的解毒药，它具有吸收动物身上或植物体内各种毒素的特性。大不里士是汗国的政治中心，世界各地的商人可到此经商。

合赞汗的改革，使波斯和阿拉伯地区的农业和工商业很快得到恢复和发展。合赞汗时期统一了度量衡。规定：在度量单位上实行严格的制度，使得所有各地的度量单位统一，做到各州各村的市场上没有不同的重量单位。他下令全汗国的金银钱币和货物的重量单位，谷物度量单位和长度单位，都须与帖必力思的度量衡单位相一致。委派工匠法黑剌丁和呼罗珊人别哈丁制作了全国通用的度量衡器具，并盖上他们的印戳，凡使用没有印记的度量衡者或伪造假印者，均被处死。

合赞汗鼓励蒙古人从事手工业生产。在他统治时期，各城市和各州都出现了蒙古工匠，可以制做弓箭、箭筒、马刀等军用武器。合赞汗还组织制定出了严密的法律。其中，明确规定法官的职责和权力。处理、判决一切事情，均按法律行施。

合赞汗时期，首相拉施特首先废除了税课预支制。规定收取税额须直接由汗庭派出官员到各州，不准各州长官支配税额。各州派有书记官一人，负责调查和登记州内财产。税收种类分货币税和实物税两种，并造册登记。在帖必力思附近建有档案库一座，储藏诸州、县的《脱册》，州内存有副本。为防止收税中出现营私，把盖上金印的收税单发给各州，收税官凭此种税单征税，除《税册》中规定的数额以外，不得擅自多征，多征者处死。如果书记官擅自多开一张收税单，批准者将被处死，而书写者将被砍掉手臂。规定征收现金，不准收税官以物代交；收税人不得接受馈赠。废除《税册》之外的一切摊派，对信仰伊斯兰教的法官、学者和阿里的后裔，不准征收课税和忽卜出儿，不得摊派驿役。

海合都时，为解决国库空虚的现状，主管财政的丞相撒都鲁丁和一些官员穷于应付，建议仿效元朝钞法，发行纸币以解决财政危机。海合都采纳此议，命孛罗丞相说明钞法。于是海合都下令在孛罗的指导下于都城桃里寺印发交钞，行用全国。规定，凡拒绝用钞者、伪造交钞者、私用金银铸币贸易者，处以极刑。伊利汗政府还在全国各地设立钞库，负责昏钞倒换等事务。所制钞为长方形，上面印有八个汉字，中间圈内印钞值，其下为海合都的刺麻教名。钞法的推行遭到了商人的反对，造成市场瘫痪，行用不久即废。至今波斯语中还保留着“钞”（chaw，纸币）这个词。

驿传制度在伊利汗国得到了普遍推行。早在1239年窝阔台统治时代，镇守西域的畏兀儿大臣阔里吉思就已在自己的辖区内普设驿站。合赞即位以前，伊利汗国的驿传制度产生了不少弊病，造成驿路的严重阻滞，人民普遍不满。合赞下令整顿驿传，设立专供勾当军国重事的使臣乘驿往来。伊利汗政府还在全国主要道路上每3程（farsang，约18公里）置一站，每站备健马十五匹。使臣需持有金印牌符方许乘驿。合赞汗的这些措施同元朝整治站赤的办法基本相同。

“牌符”制度也在元朝时传入伊利汗国，伊利汗政府授予各级将领、地方官员和使臣不同等级的牌符，作为其权力或身份的凭证。诸算端（诸侯）、灭里（州的长官）佩圆形大虎符，地位略低的牌面略小些。使者驰驿则给以圆牌，上著“官牌”字样，完成使命后须交还。各边区长官需遣使乘急递铺马递送紧急军情者，也发给三至五面圆牌。现在波斯文的“牌子”（paiza）这个词，就来自汉语。

旭烈兀汗重视科学文化的发展，在阿剌答黑建造了宫殿，在各地修建了教堂。

合赞汗知识渊博，懂得蒙古、阿拉伯、波斯、印地、克什米尔、藏、汉、富浪（法兰西）等多种语言，并具有丰富的历史知识。据拉施特《史集》说，在蒙古，对历史知识的了解，除孛罗丞相外，无他人能与之相比。

在伊利汗国，还建有如星期五清真寺、祈祷堂、伊斯兰学校、寺院和旅店以及医院、慈善机构和许多用于宗教和福利事业的建筑物。

伊利汗时代是中国一波斯文化交流得到空前发展的时期。随旭烈兀来到西域的有不少精通汉地天文历数的学者，其中有一位名叫“屠密迟”（音译）的人，被称为先生。波斯著名的天文学家纳速刺丁·途昔奉命编纂《伊利汗天文表》时，曾向他学习中国的天文推步之术。有不少中国学者在伊利汗国任职，他们带去了各类书籍。伊利汗合赞命丞相拉施都丁编纂《史集》时，曾谕令他搜集有关中国的历史著作。精通天文历法的中国学者李大迟、“倪克孙”（音译）应召参加编修工作，并为拉施都丁讲解中国的干支纪年法。

旭烈兀汗曾在篾剌哈建造了天文台。合赞汗对医学和天文学亦有较深的造诣，他了解阿拉伯人、波斯人、汉人、蒙古人的医疗方法，而且熟悉一些药物的品种及性能。在天文学方面，他曾多次到篾剌合天文台了解情况，并下令在大不里士阿卜瓦卜·必儿的天文台附近建造放有测绘仪器的拱顶建筑物。

伊利汗时期，中国的医术大量地传入波斯。不少中国医生在伊利汗廷服务。旭烈兀本人很喜欢中国医生为他治病。主持编纂《史集》的拉施都丁丞相就是一位医生。1313年，在拉施都丁的主持下，把中国著名医学家王叔和的著作《脉经》译成波斯文，题名为《伊利汗的中国科学宝藏》。此书至今尚保存在土耳其伊斯坦布尔的图书馆中。

伊利汗国的军事制度，仍沿用蒙古的万户、千户、百户、什户制。军队的最高统帅权由四人共同掌握，但这四名成员须由兀马剌·兀鲁思中地位最高的人种，即伯列儿伯人组成。只有兀马剌·兀鲁思才能制定军规，颁布军令。

蒙古人组成的军队是合赞汗统治伊利汗国的支柱，但长期以来，驻守在各州的军队得不到汗庭拨给的数额。为能保障军需供应，对军队实行了采邑制。采邑制是从各地区登记册和税册中的封地、草原、耕地及荒地中，拨出一部分靠近军队适合军队耕种的部分，按照千人一伍分地发出去，军队对所得部分享有所有权。

政府规定：

1､采邑中的农民依旧从事农耕，按《税册》规定的税额交给军队；军卒亦从事耕作，有属于中央的土地及采邑范围内的荒地、牧场内的土地，其余荒地由俘虏、奴隶耕种，如荒地已有人开恳耕种，可将收获物的十分之一交给主人，改由俘虏或仆人耕种。

2､实行采邑制之前，逃走达30年，而且未登记入册的农民须立即返回故土，任何一个采邑州不准收留其他州的农民，农民不准转迁到其他村落。军队只能获得税收，无权摊派任何劳役。

3､军队不得随意侵占邻近村庄的土地，不能断水源和限制农民放牧。

4､享受采邑的军卒，每年需向国库交纳50曼的谷物。

5､获得采邑地的军卒要按其名登记入册，如使土地荒芜须受到惩处，随意出卖或转让则处死刑。

6､享受采邑的军卒，平时劳动生产，战时出征打仗。

按照贯例，伊利汗国的最高法官应由伊儿汗的后裔担任，再由他任命各级司法官员，但在伊拉克例外，因为报达有自己的最高法官，可有权任命各级司法官员。

为维护蒙古统治者的权势，合赞汗把伊斯兰教定为国教，任命伊斯兰教徒拉施特为首相。

此外，“伊利”的封号也表明这个波斯的蒙古汗国，是一个从属于元朝（蒙古大汗）的宗藩政权。在“四大汗国”中，伊利汗国与元朝的关系最为密切。各代伊利汗的袭封都以得到元朝皇帝的批准才为合法。旭烈兀死后，诸王、大臣们奉其子阿八哈嗣位。阿八哈不敢正式就位，只权摄国政，同时遣使报丧。直至元世祖忽必烈于1270年遣使持诏来到波斯传旨命他继承父位后，他才重新举行登基大典。现存1279年阿八哈颁发的一张敕令上，盖有汉字“辅国安民之宝”方印，当是忽必烈颁赐给他的王印。忽必烈大举攻宋，征兵四方，阿八哈遣回回炮手阿老瓦丁、亦思马因等人汉地应命，回回炮术因之传人中国。1261年，忽必烈特置随路打捕鹰房总管府，专掌拨赐给旭烈兀位下的中原户计。1275年，阿八哈遣使奏请将这些民户献给朝廷。阿鲁浑夺权后，也遣使谋求忽必烈承认，方才即位。在1289年阿鲁浑致法国国王的国书开头写道：“长生天气力里，大汗福荫里，阿鲁浑谕佛浪国王”。信中凡言及“长生天”及大汗的名字时，都抬头写。可见伊利汗所颁公文的通常格式仿照汉地式样。信上也盖着阿八哈的“辅国安民之宝”印玺。后来合赞的即位和改变宗教信仰，都得到元成宗铁穆耳的承认。1296年，元成宗派遣拜住出使伊利汗国，被合赞留在身边服务，后来又派他回元朝奏事。1298年，合赞遣使入元朝，贡珠宝等物。蒙哥时，曾以彰德路为旭烈兀分地，这时，成宗即将旭烈兀分地历年应得岁赋赐合赞。1304年，元成宗又专置管领伊利汗国位于汉地的投下的机构“大都等路打捕鹰房诸色人匠都总管府”，其官属都由合赞任命。后来元朝精简机构，废除了许多官府，但照顾到伊利汗“远镇一隅”，在朝廷没有其他代表机构，因此这个都总管府“存而不废”。现存1302年合赞致法国国王信上，钤用汉字“王府定国理民之宝”方印，当是元朝新颁给伊利汗的王印。1305年合儿班答致信法国国王腓力四世宣告蒙古各宗和解事，信上钤用汉字“真命皇帝和顺万夷之宝”方印。1308年，元武宗遣脱里不花等二十人出使波斯。1313年，元仁宗又派拜住去合儿班答处议事。根据波斯史臣哈沙尼的《完者都史》记载，当察合台汗国也先不花汗下命阻断中西陆路交通后，被察合台汗国扣留的往来于途的元朝和伊利汗国的使臣有好几批，足见汉地与波斯之间交往之频繁。

1260年在艾因·贾鲁战役击败蒙古人、占领叙利亚的马穆鲁克王朝，是伊利汗国进一步向西扩张的顽强抵抗者。马穆鲁克历代苏丹敌视伊利汗国，并与金帐汗国结盟，形成南北夹击伊利汗国的态势，对其在西亚统治的稳定和巩固造成了巨大的威胁。

13世纪初，十字军运动渐趋衰落，西欧基督教国家开始积极寻求与伊利汗国合作，加强军事方面的联盟。而伊利汗国也继承了大蒙古国时期的传统外交政策，与西欧基督教国家和罗马教皇加强联系，以应对埃及的马穆鲁克王朝。1258年，旭烈兀在对叙利亚的征服中开始了十字军与蒙古军的军事联盟，在小亚美尼亚和安条克公国的支持下攻克阿勒颇城。而旭烈兀优待基督教徒的政策使得罗马教廷非常欢欣。1260年，教皇亚历山大四世遣使劝诱旭烈兀改信天主教。在金帐汗国与马穆鲁克王朝的威胁加剧后，旭烈兀自1262年开始，数次派遣使者携带书信前往欧洲，试图与基督教国家建立军事同盟。在旭烈兀写给法国国王路易九世的信中，表示愿意攻下耶路撒冷作为赠送给教皇的礼物，作为回报，他希望法国能够派出一支舰队来攻击埃及。但由于各种原因，双方没能建立任何形式的联盟。此后数代伊利汗均与法国国王、教皇等人互通使节。