不忽木和完泽同心辅助忽必烈，一起支撑起忽必烈晚年政局。然而，叛王海都不甘心臣服，不久，又提兵大举犯边。这次，海都唆使明理帖木儿前来攻打哈拉和林，使战火死而复燃。忽必烈急命伯颜率军前去讨伐，派玉昔帖木儿押送粮草援助，并命皇孙铁穆耳镇守哈拉和林。

1292年秋，海都指示明理帖木儿犯边，伯颜奉命征讨。伯颜与明理帖木儿在阿撒忽秃岭遭遇。叛军抢先一步，占领了岭上有利地势，依险为营，与伯颜军对峙。

伯颜查看地形后，当机立断，擎起令旗，身先士卒，手持长枪，率领元军向岭上冲去。叛军据高凭险，一时矢下如雨，把元军压得寸步难行。伯颜见状，命令道：“汝寒君衣之，汝饥君食之，政欲效力于此时尔。于此不勉，将何以报！”说罢，伯颜挥舞着长枪指挥诸军向岭上掩杀过去，后退者格杀勿论。叛军见元军如潮水般漫上山岭，纷纷放弃抵抗，四散溃逃。

明理帖木儿见兵溃如山倒，一时难以聚拢他们，遂也掉转马头，带领着退潮般的残兵败将仓皇逃遁。

伯颜率领轻骑穷追不舍，至别竭儿，遇到海都一支伏兵，双方展开一场激战。伯颜挥抢纵马威风凛凛地杀入敌营，只见他左挑右砍，东突西冲，所过之处叛军兵士纷纷毙命。随后，一波接一波的叛军把他层层围住，不料他越战越勇，长枪抡得如飞轮，所向披靡。

这时，速哥、梯迷秃儿率领元军前来会合，前后夹击叛军。此战，元军大获全胜，共斩杀叛军二千余人。元军活捉叛军的谍探，忻都想斩杀掉，伯颜及时制止，赏给他一些钱财，让他回去给明理帖木儿带封书信：“开导明理帖木儿应以国家为念，不要再与海都犯上作乱，并祈以祸福。”明理帖木儿收到书信后感动得热泪横流，并回书发誓自己再也不与忽必烈对抗了，率领残部返回封地。

不久，海都复犯边境，伯颜带领元军镇守防线，命令各处关隘严防死守，不要轻易与海都交战。伯颜设计欲诱敌深入，在长途行军中消耗有生力量，然后一举全歼海都等叛军。这时元廷有人大放厥词，诬陷伯颜曾放走了明理帖木儿的谍探，现在又不与海都军直接交锋，明显是私下与海都通好，才拥兵不前，未获尺寸之地。

1293年六月，忽必烈闻听传言，也半信半疑，命令铁穆耳总兵漠北，以知枢密院玉昔帖木儿辅佐以行。让伯颜居于大同待命。

玉昔帖木儿协同皇孙铁穆耳从京城出发，刚走三驿之地，海都又来进犯。伯颜只好派人转告他说：“公姑止，待我剪此寇而来，未晚也。”

玉昔帖木儿信任地点点头，便以伯颜的建议，兵权推迟数日再行交接。

于是，伯颜率元军继续与海都交锋，但且战且退，连续七天都如此。诸将认为伯颜怯敌怕战，都愤然对玉昔帖木儿说：“果惧战，何不授军于大夫！”

玉昔帖木儿笑而不语。伯颜解释说：“海都县军涉吾地，邀之则遁，诱其深入，一战可擒也。诸军必欲速战，若失海都，谁任其咎？”

孰料，诸将都信誓旦旦地说：“请任之。”

无奈之下，伯颜只好向海都发起猛攻，果然诚如伯颜所料，海都和叛军纷纷迅速逃遁。伯颜乃召玉昔帖木儿至军中，将军权移交完毕。

这时，铁穆耳以皇孙身份奉诏抚军北边，见伯颜将行，特设酒宴为他践行。铁穆耳举起酒杯说：“公去，将何以教我？”

伯颜盯着酒杯，语重心长地说：“可慎者，惟此与女色耳。军中固当严纪律，而恩德不可偏废。冬夏营驻，循旧为便。”

伯颜劝解铁穆耳远离酒色，也是对症下药。铁穆耳嗜酒成性，为此，忽必烈没少拎他进宫里吊起来抽他，都于事无补。忽必烈甚至把铁穆耳锁进院子里，派护卫监视和阻止他酗酒。直到铁穆耳登上汗位，才渐渐改掉酗酒的恶习。看来伯颜的劝告，绝非空穴来风。

此时，伯颜接到忽必烈病危的诏命，要他回去受命，便和不忽木匆忙返回大都，来到忽必烈的病榻前。

这位昔日风驰电掣的帝王，如今已形容枯槁，行将就木了，说不上几句话便手捂着胸口气喘一阵子。忽必烈知晓事情的原委后，面赏其功，“赐诸王术伯银五万两，币帛各一万匹”，仍授丞相之职，命他统率大都。

某日，已步入风烛残年的忽必烈就继承人的问题，征求伯颜的建议：“朕年纪大了，身体也大不如从前，用一生的金戈铁马换来大元朝的锦绣江山，你看朕把汗位传给谁合适呢？”

闻听此言，伯颜双膝跪下，肃然慎言道：“皇上垂询于臣下如此要事，使臣不胜惶恐。臣披肝沥胆地向皇上举荐皇孙铁穆耳。他德才齐天，大有皇上的风范，现在就浩浩然有帝王之相。皇上把汗位传承于他，此乃国家之幸，黎民社稷之幸！”

另外，南必、阔阔真、玉昔帖木儿、伯颜都是受儒家思想熏陶较深的人，他们既懂儒教的礼仪，又富有仁政思想，他们全力举荐铁穆耳继承汗位。于同年六月，忽必烈命回回政治家赛典赤·赡思丁之孙伯颜平章（仅与前述知枢密院事伯颜同名而已）把铁穆耳从赴漠北途中临时召回。六月二十二日，派阿鲁浑萨里把皇太子宝送到铁穆耳府邸，便确立了铁穆耳汗位继承人的身份。

据拉施特《史集》载：

（铁穆耳）合罕的母亲阔阔真召了他（回回人伯颜）去，说道：“因为你获得了这样一些奖赏，并且合罕又把国事委托给了你，请你去问一问：‘真金的宝座被封存九年了，你对此有何吩咐？’”而当时，（铁穆耳）合罕正在征讨海都和都哇的军队。伯颜平章把这话禀过了（合罕）。合罕由于过分高兴，从病床上起来，召见异密们说道：“你们说这个撒儿塔兀勒是个坏人，然而他却出于怜悯作了有关臣民的报告，他谈到了宝座和大位，他关心到了我的子女。为的是在我身后他们之间不致发生纷争！”于是，他又一次奖赏了伯颜平章，并以其祖父的崇高的名字赛典赤来称呼他……对伯颜平章说道：“现在就骑马去把我那率军向海都方面出征的孙子铁穆耳叫回来吧，把他扶上他父亲的宝座，举行三天宴会，授予他帝位，然后让他在三天之后出征，到军队里去。”赛典赤伯颜奉旨出发， 把铁穆耳合罕从途中召回来，在开平府城中，扶他登上了真金的宝座。

为了阻止海都的叛乱，皇孙、未来的皇帝铁穆耳替代伯颜后，率领元军对海都展开了大举征伐。此时，海都占领了哈喇火，铁穆耳用大炮轰塌了哈喇火的城墙，活捉了叛军首领笃哇的妻女。笃哇率一部分叛军逃走，铁穆耳率军穷追不舍，在别失八里与海都叛军主力遭遇。由于铁穆耳率领一支轻骑军，兵力少，又缺乏火炮，初战受挫，并被围困在色楞格河附近，在努力挣扎后才勉强得以逃脱。

三日后，玉昔帖木儿率元军主力赶到。见直接与海都叛军交战，似乎占不到便宜，便与玉昔帖木儿商议，趁海都叛军尚未提防元军主力到达的情况下，将主力埋伏在一条峡谷的两侧。翌日，铁穆耳率领轻骑军与海都交手时，先奋力抵抗一阵子，再佯装军力不逮，仓皇遁入峡谷中。等海都叛军追至峡谷的埋伏圈里，元军箭矢如蝗，火炮齐鸣，一举歼灭叛军主力，一千余人逃脱。元气大伤的海都放弃了别失八里，慌忙西逃，元军彻底粉碎了海都入吐蕃援助反叛者的阴谋，但是，他仍是杭爱山以西的西蒙古和突厥斯坦的君主。