Улус Чагатая охватывал прежде всего бывшую державу каракитаев и Кучлука Найманского (страна Хомил в монгольских памятниках), а в целом —
Мавераннахр с югом
Хорезма, большую часть
Семиречья и
Восточный Туркестан почти до
Турфана (включая Кашгарию). Последним крупным центром улуса на востоке был
Аксу.
Три группы тюрков-
карлуков (в Семиречье,
Фергане и на
тибетской границе) со времен Чингиса считались автономными и в этом качестве были включены в племенную систему улуса. К внешним границам державы улус выходил только на юге, где они шли по западному Куньлуню и южным отрогам
Памира.