1432年東察合臺汗歪思去世，他的後裔互相攻伐，東察合臺汗國內部紛爭不斷，四分五裂，北疆大部被東察合臺汗國統治，南疆是爾羌汗國，東疆有東察克臺-吐魯番汗國，東疆哈密是原元朝肅王統治。東察合臺汗國1388年遷都到別失八里(今新疆吉木薩爾)，後來在蒙古瓦剌部的打擊下又於1418年遷都亦力把裏(今新疆伊寧地區)，所以又被明朝稱爲“ 別失八里國”和“亦力把裏國”。明政府對新疆的統治非常薄弱，新疆的絕大部分一直在蒙古察合臺後裔諸王控制之下，只有東部的哈密地區曾一度成爲明朝的“羈縻”衛所。永樂二年(1404年)，元朝肅王兀納失裏投降明政府，被封爲忠順王，1406年明政府設哈密衛，設指揮、千戶、百戶等官，由畏兀兒人馬哈麻火者任指揮，又派漢族人周安爲忠順王長史、劉行善爲紀善，輔佐外加監視。這個半獨立的附庸政權被稱爲哈密國。而新疆此時的統治王朝，也是對大明朝一直有朝貢的。據《明太祖實錄》記載，洪武二十四年秋，別失裏八朝貢。
15世紀中葉吐魯番汗國興起，自成化八年(1472年)以後，新興的吐魯番汗國幾次攻破哈密、擄走哈密王室成員，末代哈密王也於1513年叛降吐魯番。正德十年(1515年)吐魯番正式吞併哈密，明朝正式放棄了哈密衛。從此明朝再未佔領過新疆，新疆再一次離開祖國的懷抱直至三百年後纔回歸。
在這之前，西察合臺汗國發生了一件足以影響世界格局的大事件，就是帖木兒帝國的誕生，這是繼成吉思汗之後又一個蒙古人的奇蹟。帖木兒帝國位居當時世界三大帝國之首，明朝在當時世界三大帝國中也僅能排第二位，老三奧斯曼帝國就是被帖木兒摧毀的，也間接拯救了歐洲，由此可見帖木兒帝國當時的強大，帖木兒帝國(1370年—1507年)是中亞河中地區的蒙古族貴族帖木兒於1370年開創的帝國。首都爲撒馬爾罕，後遷都赫拉特(又譯哈烈、黑拉特)。最鼎盛時期，疆域以中亞烏茲別克斯坦爲核心，從今格魯吉亞一直到印度，囊括箇中、西亞各一部分和南亞一小部分，整個中亞，蒙古伊爾、察合臺、金帳三大汗國都臣服於帖木兒汗國。也就一個帖木兒，建立了唯一一個真正統一了中亞，並且影響世界的帝國，幾千年來至今，僅此一個王朝做到。
帖木兒出身巴魯剌思氏，是突厥化的蒙古人，信仰伊斯蘭教，原是屬於西察哈臺汗國的渴石城城主哈吉的侄子，被任命爲千戶長。在東察哈臺汗國的禿忽魯·帖木兒入侵併佔領渴石之後，帖木兒投奔了他，被任命爲渴石城的總督。
但隨後帖木兒同禿忽魯·帖木兒的兒子也裏牙思火者翻臉，被迫同內兄侯賽因流亡波斯，正是在流亡期間，他的腿受了終生的傷。帖木兒和侯賽因經過一番臥薪嚐膽之後，捲土重來，打敗了也裏牙思火者，贏取了整個河中地區。隨後，帖木兒和侯賽因又反目成仇，帖木兒擊敗了侯賽因之後，成爲河中地區的最高統治者，於1370年已是西察合臺駙馬的帖木兒自立爲埃米爾，定都撒馬爾罕，初步建立了國家。帖木兒扶植了一個察合臺的後裔爲傀儡，全權掌握在自己手中。
從這時起，帖木兒首先攻滅了鹹海邊的花剌子模，然後連續五次進攻世仇東察哈臺汗國，並焚燬了中亞最繁榮富庶的東察合臺首都阿力麻裏城，公元1400年，帖木兒的孫子伊斯坎達就在察合臺汗國發動過一場戰爭，攻下了于闐等地，一直推進到塔里木河中游。後來一直打到吐魯番，迫使東察哈臺汗國統治者哈馬兒丁“消失在黑貂與銀鼠出沒之地”，從此一蹶不振。
