Kılıç Arslan, 1246’da Türkiye Selçuklu Sultanı İkinci İzzeddin Keykavus (1246-1257) tarafından, Büyük Moğol Hanı Güyük'ün (1246-1249) tahta çıkışında hazır bulunmak üzere, Moğolistan Kurultayına gönderildi. Moğolistan’da ağabeyi Keykavus’un yerine Selçuklu Sultanı tanındı. 1248’de Sivas’ta istiklalini ilan etti. Anadolu emir ve kumandanları Moğolların tahrikiyle kardeş kanı dökülmesinin önüne geçmek için, Selçuklu Devletinde üç kardeşin ortak saltanat sürmesini tavsiye ettiler. Dördüncü Kılıç Arslan, İkinci İzzeddin Keykavus ve İkinci Alaeddin Keykubad, 1249-1257 yılları arasında, birlikte Türkiye Selçukluları hükümdarlığı yaptılar. 1261 yılında Konya’yı ele geçiren Dördüncü Kılıç Arslan devrinde, Silifke Ermenilerden, Sinop ise Muinüddin Pervane tarafından Trabzon Rumlarından alındı.
Dördüncü Kılıç Arslan, Mevlana Celaleddin Rumi hazretleri dahil birçok İslam aliminin sohbetinde bulunup, hürmet gösterdi. 1265’te bir ziyafet esnasında Moğollar tarafından kendi yayının kirişiyle boğdurulup, öldürüldü. Onun ölümünden Moğollarla iyi ilişkiler içinde bulunan Muinüddin Pervane’nin sorumlu olduğu belirtilmektedir. Konya’da Sultanlar Türbesine defnedildi. Yerine oğlu Üçüncü Gıyaseddin Keyhüsrev, Türkiye Selçuklu Sultanı ilan edildi.
