Đô Oa có nhiều con trai, nhiều người trong số đó đã tự xưng hãn. Trong số đó có Khiếp Biệt (Kebek; 1309, 1318–1326), người đã cho chuẩn hóa việc đúc tiền và lựa chọn kinh đô cố định (tại Qarshi), và Tarmashirin (1326–1334), người đã cải sang Hồi giáo và đột kích Vương quốc Hồi giáo Delhi tại Ấn Độ. Trung tâm của hãn quốc được chuyển về khu vực phía tây, tức Transoxiana. Tuy nhiên, Đáp Nhi Ma Thất Lý (Tarmashirin) đã bị hạ bệ sau một cuộc nổi dậy của các bộ lạc ở các tỉnh phía đông và hãn quốc ngày càng trở nên không ổn định trong những năm sau đó. Năm 1346, một tù trưởng bộ tộc tên là Qazaghan đã giết chết hãn của Sát Hợp Đài hãn quốc là Hợp Tán (Qazan) trong một cuộc nổi dậy.[17]

Cái chết của Hợp Tán đã đánh dấu sự kết thúc của thời kỳ nhánh Sát Hợp Đài cai trị trên thực tế Transoxiana. Quyền quản lý các khu vực rơi vào tay các bộ lạc bản địa (chủ yếu là người Turk và người Turk-Mông Cổ) và có các mối liên minh lỏng lẻo với nhau. Để hợp pháp hóa quyền cai trị của mình, họ vẫn duy trì một thành viên là hậu duệ của Thành Cát Tư Hãn trên ngai vàng, song vị trí này chỉ là bù nhìn.[18] Lợi dụng việc này, Trát Ni Biệt (Janibeg) của Kim Trướng hãn quốc đã đòi hỏi quyền thống trị của nhánh Truật Xích đối với Sát Hợp Đài hãn quốc, cố gắng thống nhất ba hãn quốc của đế quốc Mông Cổ. Nhưng nhánh Truật Xích đã để mất Azerbaijan vào tay triều Jalayir (Trát Lạt Diệc Nhi) và nhánh Sát Hợp Đài đã trục xuất các quan lại của Trát Ni Biệt sau khi ông này qua đời vào năm 1357.[19]

Nỗ lực nghiêm túc duy nhất để khôi phục lại quyền thống trị của nhánh Sát Hợp Đài tại Transoxiana đến từ Thốc Hốt Lỗ Thiếp Mộc Nhi (Tughlugh Timur), người đã hai lần xâm lược Transoxiana và cố gắng vô hiệu hóa sức mạnh của các bộ lạc. Tuy vậy, ông đã không thành công và qua đời ngay sau đó. Khi đội quân của ông rời khỏi khu vực, tranh chấp quyền kiểm soát Transoxiana đã diễn ra giữa hai thủ lĩnh bộ lạc, Amir Husayn (cháu nội của Qazaghan) và Timur hay Tamerlane. Timur cuối cùng đã đánh bại Amir Husayn và nắm quyền kiểm soát Transoxiana (1369–1405).

Giống như những người tiền nhiệm của mình, Timur duy trì một hãn bù nhìn trên ngai vàng để hợp pháp hóa quyền cai trị của ông, nhưng các hãn do ông lập ra đều là thành viên của nhánh Oa Khoát Đài chứ không phải từ nhánh Sát Hợp Đài.[20] Trên ba thập kỷ, Timur sử dụng các vùng đất của Sát Hợp Đài hãn quốc làm căn cứ cho các cuộc chinh phục, như Herat tại Afghanistan, Shiraz tại Ba Tư, Baghdad tại Iraq và Damas tại Syria. Sau khi đánh bại đế quốc Ottoman tại Angora, Timur mất vào năm 1405 khi đang hành quân trên đất Trung Quốc ngày nay. Sau khi ông chết, các hậu duệ của ông, tức nhánh Timur, được ghi chép là cũng có các hãn bù nhìn của họ cho đến giữa thế kỷ 15. Tuy nhiên, di sản của Sát Hợp Đài vẫn còn; các đội quân của Timur được gọi là quân Sát Hợp Đài,[21] và ngôn ngữ văn chương được sử dụng tại đế quốc Timur và đế quốc Moghul láng giềng ở phía đông được gọi là Turk-Sát Hợp Đài.[22]