成宗朝初年,元廷仍控制着畏兀儿地区。不过,由于元朝放弃了斡端等今塔里木盆地西端和西南端的据点,畏兀儿地区除了在北方受到从阿力麻里和霍博、也迷里方向的威胁以外,在天山以南曲先以西方向也受到压力。为了增强对畏兀儿地区的防卫,元贞元年(1295),元廷同时设立北庭都元帅府和曲先塔林都元帅府。然而此时元廷已无意恢复它昔日在畏兀儿地区的地位,故一面增强驻守当地的诸王术伯的力量,一面尽量避免与海都、都哇在这一带地区冲突。与元朝企图在畏兀儿地区维持现状的打算相反,都哇一直没有放弃侵占畏兀儿全境的打算,至元十二年以来,他在葱岭以东地区始终保持着进逼的势头。面对畏兀儿地区从一面受敌变为南北两面受敌的现实元廷不得不取守势,步步后退,双方的这种一进一退的战略态势一直保持到1304 年蒙古诸汗国约和前夕,这时火州已不再为元戍边诸王所及,都哇也把火州完全看成自己的领地。 火州并入察合台汗国后,都哇家族在畏兀儿地区扶植了自己的亦都护,并设置官守、征收赋税。从《元史·地理志·西北地附录》和《经世大典图》可以看出元朝廷与察合台汗国在河西方向辖地的分界在火州和哈迷里之间,但火州仍然与元廷保持着特殊的关系。哈剌火州有义务向朝廷贡献葡萄酒,年年不断,订有长例。贡酒者,除了火州的官员之外,还有当地的富民大户。延祐年间,元朝与察合台汗国之间再度爆发战争,战事除了在也儿的石河以南直到塔剌思一带展开外,也波及到畏兀儿地区。火赤哈儿亦都护死后,亦都护家族避居甘肃永昌,与畏兀儿之地政治上已没有什么联系,延祐三年(1316),元仁宗封纽林的斤为高昌王,设王傅之官。其王印行诸内郡,亦都护印行诸畏兀儿境,领兵火州,复立畏兀儿城池。这一连串行动无疑与元军战胜也先不花有关。不过,元朝在获胜后很快撤回境内,永昌的亦都护家族也没有在畏兀儿地区站住脚。至顺元年(1330)九月,元廷在火州“复立总管府”,这应是一个代表机构。尽管畏兀儿地区已被察合台汗国所并,但当地制度仍深受汉地制度影响,许多贵族仍拥有源自汉语头衔。察合台汗国所立亦都护别帖木儿称为丞相,他手下人分别称为右丞,左丞,并且位次也是右高于左,同于内地。 元代畏兀儿人主要信奉三种宗教,佛教和基督教聂斯脱里派。唐代回鹘人迁居安西后,一面继续崇奉摩尼教,一面接受了当地流行的佛教。