政變這種事是要講究出其不意，時間拖得越久越危險。泰定帝去世已經一個月，燕帖木兒也遲遲沒有動手，應該也是在等待上都的消息。既然盟友無法指望，他只好自己放頭炮。不過，計劃仍是有了改變。按原計劃，應該是諸王滿禿等人先在上都發動，然後燕帖木兒予以接應。可倒剌沙雖然沒有看出政變的端倪。卻把上都控制得死死的，滿禿等人毫無下手的機會。
燕帖木兒知道，自己一旦動手，上都的同志們可就危險了。成大事不能不有所犧牲，但親人還是要顧及的。泰定帝巡幸上都之時，燕帖木兒的弟弟撒敦、兒子唐其勢也隨侍而去，應該是為了配合滿禿的行動。現在是用不著了，燕帖木兒秘密派人把他們召了回來——至於其他人，只能自求多福吧。大都的衛戍部隊此時都掌握在燕帖木兒手中，要發動政變可說易如反掌。八月四日，燕帖木兒率族黨阿剌帖木兒、納只禿魯等人進入興聖宮，召集百官，公開宣佈：“祖宗正統屬在武皇帝之子，有不順者斬” ！
泰定帝后期，掌管朝政的是三駕馬車：中書左丞相倒剌沙、平章政事烏伯都剌，還有世祖名臣賽典赤瞻思丁的孫子，平章政事伯顏察兒。這次出巡，烏伯都剌和伯顏察兒都留在大都，這也算是泰定帝穩定朝局的安排，可這隻能是針對正常情況，二位理財能手處理朝政毫無問題，要對付真刀真槍的武裝政變，卻是全無能力。燕帖木兒圖窮匕見，他們便被武士當庭羈押下獄。同時被下獄的，還有中書左丞朵朵，參知政事王士熙，參議中書省事脫脫、吳秉道，侍御史鐵木哥、丘世傑，治書侍御史脫歡，太子詹事丞王桓等，忠於泰定帝的大都留守大臣遂被一網打盡。
緊接著，燕帖木兒重新組織了政府，任命前湖廣行省左丞相別不花為中書左丞相，太子詹事塔失海涯為中書平章政事，前湖廣行省右丞速速為中書左丞，前陝西行省參知政事王不憐吉臺為樞密副使，並命中書右丞趙世延、翰林學士承旨亦列赤、通政院使寒食分典機務，與自己一起掌控朝政。同時，“徵諸衛兵屯京師，下郡縣造兵器，出府庫犒軍士”， 派重兵防守居庸關(今北京昌平北)、盧兒嶺、白馬甸(今北京密雲北)、泰和嶺、碑樓口、古北口(今北京密雲東北)、遷民鎮(今河北山海關)等長城關隘，增兵駐守河中府(今山西永濟)，準備全面對上都開戰。
短短數天之內，作為元王朝首都的大都便徹底成為燕帖木兒反對泰定帝一系的大本營。政府班子安排好了，就該有請老闆來坐鎮了。燕帖木兒即派明裡董阿、答裡麻失裡馳驛江陵，前去迎接武宗次子、懷王圖帖睦爾。同時，密諭河南行省平章政事伯顏，讓他整備兵馬，用精兵扈從懷王入京。
圖帖睦爾現年二十四歲，作為武宗兒子，因為武、仁時代的宮廷鬥爭，自幼便飽經患難。十一歲時，哥哥和世剌因為被廢掉儲位而掀起反旗，結果戰敗逃亡察合臺汗國，所謂唇亡齒寒，哥哥的遭遇讓圖帖睦爾一直活在不安的陰影中。至治元年五月，有人向英宗皇帝狀告圖帖睦爾與朝臣勾結，圖謀不軌，於是被流放海南島。
現在海南島雖是旅遊勝地，新開發區，但那裡的炎熱潮溼仍讓很多北方人難以忍受，何況數百年前，生活條件更糟。十五歲的圖帖睦爾被流放到那裡，其苦狀可知。直到泰定帝繼位，圖帖睦爾才被召回，但回京路上到潭州（長沙）時便要求不許再走，滯留還幾個月，又體驗了一下湖南火爐的滋味，之後才被允許還京，受封為懷王，過上了安穩日子。然而，安穩沒多久，一年後又被命令遷往建康——真所謂席不暇暖，顛沛流離。
而到了泰定帝去世的遷徙，圖帖睦爾王爺終於經歷了一次最令他高興的播遷。燕帖木兒等人為了發動政變，怕倒剌沙察覺對他不利，暗中派人將他安置到江陵。就在燕帖木兒率人控制大都後的第十天，特使派明裡董阿、答裡麻失裡趕到江陵，隨即保護著懷王北上。
到達汴梁後，河南行省平章伯顏這時早已將河南忠於泰定帝的官員平章曲烈、參政脫烈臺等人處死，“徵發民丁，增置驛馬，補城櫓，浚濠池，修戰守之具”，將河南建設成了擁立懷王的大後方。懷王到達後，伯顏親自率領五千精兵護送一行北上大都。
八月二十七日，懷王一行到達大都，入居大內。至此，燕帖木兒的“大事”已經成功了一半，下一步就要看如何對付上都了。而在上都，忠於泰定帝的諸王和大臣們又在幹什麼呢？他們的反映倒也不慢。驚聞大都的事變，中書左丞相倒剌沙便會同梁王王禪（甘麻剌次子松山之子）、湘寧王八剌失裡（甘麻剌第三子迭裡哥兒不花之子）、遼王脫脫（成吉思汗幼弟帖木格後裔）諸王失剌、諸王也速帖木兒等人加緊了對於上都的控制，並調集兵馬準備反攻大都。
這一加緊控制，免不了要調查一下在上都中是否有逆黨同謀。諸王滿禿等人原本是這次事變的主謀，又負有首先發動的責任，所謂反跡已露，被揪出來並不費事。很快，諸王滿禿、阿馬剌臺，宗正扎魯忽赤闊闊出，前河南行平章政事買閭，集賢侍讀學士兀魯思不花，太常禮儀院使哈海赤等十八人被發現“同謀援大都”，全部逮捕處死。大都政變集團在上都的別動隊，全軍覆沒。
燕帖木兒剷除了所有大都的泰定系大臣，倒剌沙消滅了所有上都的武宗系大臣，雙方都不可能用中心開花的方式擊敗對方，只能靠各自掌握的兵力決戰疆場了。八月二十一日，也就是懷王圖帖睦爾來到大都前六天，倒剌沙作為上都方面的總指揮，與遼王脫脫留守上都，而將其他諸王、將軍、大臣全部派出，分兵四路南下，氣勢洶洶逼向大都。其中，梁王王禪進軍居庸關，諸王失剌進攻古北口，諸王也速帖木兒進攻遼東遷民鎮，湘寧王八剌失裡等則繞道山西，與陝西軍隊相配合,向東回攻紫荊關(今河北易縣西北) 。
在上都一方，擁有隨駕怯薛、諸衛大軍，並得到遼東諸王、湘寧王八剌失裡、趙王馬紮兒罕以及陝西行省和行臺支持，兵力頗為雄盛。倒剌沙的四路並進，迂迴包抄戰略，這是基於兵力充足而制定的。他深知燕帖木兒雖然掌握了大都，但兵力有限，一旦分兵據守，必然陷入被動。四路大軍只要有一路奪關成功，大都便指日可下。
然而，自幼便在軍中摸爬滾打，繼承了祖父、父親名將素質的燕帖木兒卻並不會如倒剌沙所願。他的家底，是以左衛親軍、欽察衛、阿速衛為基礎,利用“總環衛”而臨時拼湊、徵集的軍隊。雖然欽察、阿速兩衛戰鬥力很強，但數量不足，真要是分兵據守，層層防禦，那必然是左支右絀，難以招架。
他採取了後世後金可汗努爾哈赤在薩爾滸之戰的策略：“憑你幾路來，我只一路去”，加強長城各關隘防守,並把部隊主力收攬於麾下,採用迅速轉移奔襲的方式，集中優勢兵力積極以攻為守。博弈的雙方擺好了陣勢，各自都發揮了己方的強項，難分優劣。剩下的，就看具體打仗的人手段如何了。
八月二十四日，兩都之戰正式爆發。是日，上都軍諸王失剌率領所部最先進至宜興(今河北灤平北) ,立足未穩，便遭大都方面樞密院同知脫脫木兒阻擊，失剌敗走，其平章政事乃馬臺被擒獲。這邊剛剛勝利，上都軍梁王王禪、右丞相塔失帖木兒便率軍進至榆林(今河北懷來東) ,勢頭兇猛。燕帖木兒聞警，立即率主力於九月一日越過居庸關，迎頭猛攻王禪，王禪不敵敗退。
打了幾天的仗，雖然屢屢勝利，但燕帖木兒已感到上都方的優勢不僅是兵力雄厚，更在於佔有大義名分，“泰定初立之年，即立阿剌吉八為太子，至是五年，名分已定” ，而自己擁立武宗之子，畢竟是作為臣子對泰定帝的反叛，“天曆起兵,實為叛逆” ，軍事畢竟是政治的延伸，政治上站不住腳，軍事上無數次的勝利都無法承擔一次失敗的結果。他明白，“擾攘之際，不正大名，不足以系天下之志”。
於是，在擊退禿滿迭兒後，燕帖木兒返回大都，“與諸王大臣伏闕勸進”，請懷王圖帖睦爾繼承帝位。這時的圖帖睦爾與當年的仁宗很相似，受了那麼多年的苦，他何嘗不想榮登九五？但自己的親哥哥和世剌還在北方，論長幼有序，怎麼也該哥哥先當皇帝。於是，他推脫道：“大兄在朔方，朕敢紊天序乎？”燕鐵木兒馬上反駁：“人心向背之機，間不容髮，一或失之，噬臍無及。”——這種緊要關頭，還能講究那些繁文縟節？名分不定，我們就總戴著個叛逆的帽子，天下人心就不會倒向我們這邊。
這個理由十分充分，再不答應就是矯情了。圖帖睦爾於是道：“必不得已，當明詔天下，以著予退讓之意而後可。”——雖然不得以來當皇帝，但要讓天下人都知道，等大勢底定，可是要把皇位讓給哥哥的。作為政治人物，厚黑學是必須的素質，如果臉皮夠厚，便可避免黑心去做見不得人的事。圖帖睦爾如果不是擺出禮讓的樣子，而是當仁不讓繼承皇位，不管哥哥，雖然不怎麼要臉，但日後便不會出現“明文禪替”的兄弟相殘，落得個殺兄的罵名，最後被侄子清算，子嗣不得善終。“厚”與“黑”應如何取捨，實在是很需要細細思量的。
在眾臣的勸進下，九月十三日，懷王圖帖睦爾在大都大明殿即皇帝位，是為文宗，“札牙篤汗”，改元天曆。並以致和元年為天曆元年，直接否定了泰定帝的合法性。皇帝既然確立，就要大賞功臣。燕鐵木兒作為定策首功，被封為為太平王，加開府儀同三司、上柱國、錄軍國重事、中書右丞相、監修國史、知樞密院事，並賞賜大量的金銀寶物。其他功臣也各有豐厚的封賞。可是，正當大都城裡君臣其樂融融之時，前方戰報傳來，上都軍遼陽行省平章政事禿滿迭兒所部已於九月三日攻破遷民鎮，並一路由東向西挺進，威逼大都了！
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