元世祖忽必烈像蒙哥汗三年（1253年），蒙哥把关中地区封给忽必烈。第二年，忽必烈在京兆（今陕西西安）立宣抚司，以孛兰和儒臣杨惟中为宣抚使并屯田于凤翔（今陕西凤翔）。又奏割河东解州盐池的收入以供军食，招募百姓以盐换粮，支援四川前线。他们改革弊政，努力恢复农业生产，减免关中赋税整顿吏治，处死害民的贵族，并进一步严肃军纪，关中情况大为改观。忽必烈还任命许衡为京兆提学，在关中建立学校，释放俘掠的儒士，编入儒籍；又立京兆交钞提举司，所发纸钞，以佐经用。关陇地区的社会经济得以恢复。忽必烈上述措施，得到了汉族地主、儒生的广泛支持，巩固了自己的地位。他也从中学到了统治汉地的方法。
蒙哥汗六年（1256年）春，忽必烈命刘秉忠在桓州东、滦河北岸的龙冈（今内蒙古多伦西北）营建宫室、房舍。三年后建成，称开平府（今内蒙古锡林郭勒盟正兰旗东五十里），作为藩王府的常驻地。开平府聚集了忽必烈的重要谋士，成为他治理汉地的政治中心。汉地社会经济的恢复，也为后来建立元朝奠定了物质基础。
忽必烈采用汉法治理中原地区，取得了显著成效，改变了过去那种人民逃亡，农田荒芜、典章不立的混乱状乱。但是却招致了蒙古统治集团中一部分贵族的不满。蒙古旧贵族企图用旧的统治方式来统治中原汉地。于是，有人向蒙哥大汗告状，说忽必烈在中原收买人心，财赋尽入王府，恐枝大于本，不利朝廷等等，引起了蒙哥的疑忌。蒙哥汗七年（1257年）春，蒙哥以王府诸臣多擅权营奸利事为名，派遣亲信阿兰答儿等到关中主管政务，并在关中设钩考局，核查关中、河南等处钱谷事。阿兰答儿从忽必烈所任命的经略、宣抚司官员中，罗列罪状一百四十余条，企图通过罢免忽必烈所信任起用的官员来打击他的势力。蒙哥下令解除忽必烈在汉地的军权。忽必烈忧惧不安，谋士姚枢献策说，只有将王府诸妃送往朝廷和林（今蒙古后杭爱省厄尔得尼召北），表示准备久居，才能解除蒙哥的怀疑。忽必烈接受这个建议，于冬天亲自送家属到和林，并单独朝见蒙哥，这才解除了蒙哥对他的猜忌。蒙哥决定不追究忽必烈，同时停止了对关中、河南的核查。但是，忽必烈所设置的行部、安抚、经略、宣抚、都藩诸司全部废除。忽必烈调回自己派出的官员。蒙哥伐南宋时，仍以忽必烈患足疾为名，让他在家养病，不予统兵之权。直到蒙哥汗九年（1259年）十月才不得不改命忽必烈统东路军征南宋。忽必烈以谦恭忍让保全了自己，避免了一场不测之祸。
忽必烈灭大理
蒙哥汗二年（1252年）六月，忽必烈到曲先脑儿朝见蒙哥。蒙哥命忽必烈率军征云南。老将兀良合台总督军事，随行诸宗王有五十余人。士人姚枢、刘秉忠等人随行参谋。
云南地区早在唐代就由南昭国统治。宋时白蛮族取得政权，建立了以大理为都城的大理国。统治区域包括今云南、贵州、广西西部和四川南部，以及缅甸、泰国、老挝的一些地区。主要民族为乌蛮和白蛮。其他的还有摩些、和泥、金齿、白夷等，再加上与各少数民族杂居的汉族。这时大理国事衰微，内政腐败，阶级矛盾尖锐。有些地区的少数民族正逐渐摆脱大理国的统治。
同年秋，忽必烈从蒙古起兵南下。第二年夏，忽必烈率军驻屯六盘山，待诸军齐集，粮饷、武器充足后再进攻大理。秋天，军至临洮（今甘肃临洮），取道吐蕃（今四川甘孜藏族自治州地区），到达忒剌（今四川松潘），然后分兵三路前进。兀良合台率军由西路晏当（今云南丽江北部）进；诸王抄合、也只烈率东路军由白蛮境（今西昌、会理境）进；忽必烈自己带领中路军，经大雪山，过大渡河，穿行山谷二千余里，抵达金沙江北岸。忽必烈军队乘革囊及木栰渡过金沙江，分别招降大理以北四百余里的摩些蛮等部。冬天，西路军进到此会合。忽必烈派使者入大理招降。大理国拒绝投降并杀死蒙古使臣。忽必烈与兀良合台分兵进攻大理。兀良合台破大理北的龙首关。大理国主段兴智与权臣高祥、高和兄弟弃城逃跑。忽必烈军与兀良合台会合，顺利进入大理城。
进入大理后，忽必烈本想屠城以示惩罚。汉将刘秉忠、姚枢等劝阻。忽必烈命姚枢裂帛为旗，写上禁止杀戮的命令，传示于城内大街小巷以安民心，大理居民得以保全。他又命姚枢等搜访大理国图书典籍。这时东路兵取道吐蕃，也到达大理。忽必烈命人追击高祥兄弟，擒斩于姚州（今云南姚安）。
蒙哥汗四年（1254年）春，忽必烈率军北返，留下兀良合台率军戍守大理，并继续征服未降伏的诸部。任命刘时中为宣抚使，对云南地区进行治理。秋，兀良合台继续向东追击段兴智，进取善阐（又称押赤即今云南昆明）。蒙军用炮轰、纵火等方法，发动猛攻。善阐军民坚持7天后城陷。段兴智逃到昆泽（今云南宜良），终于被蒙军擒获。兀良合台遣送段兴智等首领去蒙古见蒙哥。蒙哥施以怀柔，赐金牌，让他们回去继续管理原属各部。段兴智回部后，献出地图，并统率本族军队，亲自为先锋，引导兀良合台去征服继续抵抗的各部。蒙古军经过两年的激战，相继征服了赤秃哥（今贵州西部）、罗罗斯（今四川凉山彝族自治州地区）和白蛮波丽国（今元江一带）。从此，大理五城的八府四郡之地，和大部分乌蛮、白蛮部归附于蒙古。兀良合台在云南设置统治机构，管理这一地区的事务。
忽必烈用武力征服了大理，通过征服，统一了大理各部。以后又按中原的封建制度设置郡县，并在大理屯田，不断推广中原地区先进的生产技术，传播科学文化，使云南地区的经济、文化不断进步，对我国多民族国家的形成和发展产生了积极的作用。
蒙哥侵宋
蒙哥汗六年（1256年）夏，诸王亦孙哥、驸马帖里千等蒙古贵族，向蒙哥请求出兵攻掠南宋。蒙哥也以南宋违约囚禁使者为借口，决定亲征。第二年春，他下诏诸王出兵征宋，命同母幼弟阿里不哥留守和林（今蒙古后杭爱省厄尔得尼召北）。由宗王塔察儿（斡赤斤孙）统率东路军攻荆襄、两淮。蒙哥自己统率主力从西路攻取四川。同年初，驻四川的都元帅纽奉命率先锋军万人，从利州（今四川广元）南下，过大获山，出梁山（今四川梁平），直抵夔门。第二年年初，纽部西上与成都的蒙军阿答胡会合。途中纽击败据守遂宁的宋刘整军，长驱直到成都。成都、澎（今四川彭县）、汉（今四川广安）、怀安（今四川成都东）、绵（今四川绵阳）等州，及威（今四川理县北）、茂（今四川茂汶羌族自治县）诸少数民族先向蒙降。四月，蒙哥渡大漠经河西，率四万大军（号称十万）进抵六盘山，兵分三路入蜀。七月，蒙哥统中军从六盘山出发，经陇西进入大散关（今陕西宝鸡西南）至汉中。亲王莫哥（蒙哥异母弟）入米仓关、万户孛里叉入沔州（今陕西略阳）。十月，蒙哥渡嘉陵江到白水，命总帅汪德臣造浮桥以进驻剑门，随后攻下苦竹隘。十一月，破长宁（今四川广元西南），进攻顶堡，周围县城都归降蒙古。接着蒙哥进攻大获山（今阆中县东北），宋将杨大渊降。不久，李居山（今四川南充市）、大良山（今四川仁寿县境）等五城都归降蒙古。十二月，蒙哥部攻克隆州（今四川仁寿）、雅州（今四川雅安）。与此同时，纽率步骑五万人，战船200艘从成都水陆并进，直至涪州（今四川涪陵），以阻击南宋援蜀之师。
在西路蒙古军长驱入川的同时，宗王塔察儿率东路军进攻长江中游的樊城，无功撤回。蒙哥汗八年（1258）十月，蒙哥不得不改命忽必烈统率东路军进攻鄂州。
蒙哥汗九年（1259）年初，蒙哥派人到合川（今四川合川）劝降。合川地势险要，是重庆北面的门户，宋在此钓鱼山筑工事以固守。宋将王坚拒绝投降，并处死劝降者，以激励士气。二月，蒙哥率全军自鸡爪滩渡至石子山，猛攻钓鱼山。由于王坚率军奋勇抵抗，蒙军连攻数月，不能取胜。时值盛夏，蒙军不耐暑热潮湿，军中流行疾疫，大批兵士病倒，蒙古军进退维谷。七月，蒙哥带兵亲自督阵攻城，被宋军飞石击中，死于军中，蒙军仓皇北撤，合州之围遂解。
忽必烈得到统率东路军的命令后，于蒙哥汗九年（1259）年二月，会诸王于邢州，征召著名儒生、隐士询问得失及取宋之计。八月，率军渡淮河，入大胜关，至黄坡，直达长江北岸。忽必烈下令整饬军纪，有犯军律者斩。于是诸军凛然，没有人敢违反军令。这时忽必烈已听到蒙哥去世的消息。九月初，莫哥从合州遣使者送来蒙哥去世的正式消息，请他及早率军北返。忽必烈不愿无功而返，决定继续进军，分兵三路围攻鄂州。忽必烈率军从阳逻堡渡江到至南岸浒黄洲，亲自督师围攻鄂州。由于鄂州军民奋勇抵抗，加之重庆宋军东下援鄂，宋丞相贾似道屯兵汉阳为援，其他援鄂大军也四面云集，蒙古军围鄂州二个月不能攻下。奉命自云南北上的兀良合台军受阻于潭州，迫使忽必烈分兵接应，才得以会合。这时忽必烈妻遣使报告，留守和林的幼弟阿里不哥图谋夺取大汗之位，使忽必烈产生了撤兵的念头。恰好贾似道因惧怕蒙古，暗中遣使求和，提议双方以长江为界，宋向蒙古纳银绢。忽必烈采纳了郝经“断然班师，亟定大计，销祸未然”的建议，与贾似道定立和议，然后，轻车简从，迅速率军北归争夺汗位。
忽必烈建国
当韩侘胄北伐的时候，金朝内部也已经十分腐败。北方的蒙古族趁这个时机强大起来。公元1206年，蒙古各部落首领在斡难河边，举行了一次盛大的集会，公推铁木真做全蒙古的大汗，并且给他上了一个称号，叫成吉思汗。
铁木真本来是蒙古族孛儿只斤部酋长也速该的儿子。他幼年的时候，金王朝统治者对蒙古族人民实行残酷统治，各部落之间也互相打冤家，蒙古族人民的生活十分苦难。铁木真的祖先俺巴孩就是被金朝皇帝杀害的。
铁木真九岁那年，也速该把铁木真带到一个朋友家订亲。他把铁木真留在朋友家里独自回家，赶了一段路，肚子饿得慌，想找点东西吃，正好看见有一批塔塔儿部人在草原上举行宴会。他下马走进人群，按照当地风俗，参加了塔塔儿人的宴会。
塔塔儿部和孛儿只斤部打过冤家。也速该没想到这一层，塔塔儿部却有人认出了也速该，偷偷地在也速该吃的食物里放了毒药。也速该在离开宴会回家的路上，肚子疼得支不住，才想到刚才在宴会上中了毒，但是懊悔也来不及了。他熬着疼痛赶回家里，就咽了气。
也速该一死，孛儿只斤部失掉了首领，都散了伙。原来归附也速该的泰亦赤部也脱离了他们，还带走了不少也速该的奴隶和牲畜。钦木真的家境就一天不如一天了。
泰亦赤部的首领怕铁木真长大起来向他们报仇，就带领人马捉拿铁木真，想把他杀害。铁木真得到消息，连忙逃到一座森林里。
铁木真在森林里躲了九天九夜，没吃没喝，忍不住饥饿，走了出来。他一出森林，就被泰亦赤人抓住了。泰亦赤人给他戴上木枷，带到各个营帐里去示众。有一天，泰亦赤部的首领和百姓都在斡难河边举行宴会，只留了一个年轻的看守监视他。铁木真趁看守不防备，举起木枷把看守砸昏了，逃了出来。
以后，铁木真和他的母亲、弟妹又躲进深山里，靠捉土拨鼠、野鼠当饭吃，日子过得更艰苦了。
年轻的铁木真为了恢复父亲的事业，想尽办法，渐渐把他们部落失散的亲属和百姓聚集拢来。他在跟别的部落的战斗中打了胜仗，力量渐渐壮大起来。
铁木真跟另一个部落的首领札木合是朋友。他俩常常白天在树荫下举行宴会，晚间睡在一起，要好得像自己兄弟一样。但是，后来铁木真力量强大了，札木合部下有人投奔铁木真，札木合很不高兴。有一次，札木合的弟弟抢夺铁木真的马群，被铁木真部下杀了，双方发生了冲突。札木合集合了他统治的十三部一共三万人马攻打铁木真。
铁木真也不肯示弱，把部下的三万人马分成十三支队伍，抵抗札木合的进攻。双方在斡难河边的草原上展开了一场大战，铁木真抵挡不住，败退了。札木合把抓住的战俘成批杀害。这件事引起札木合部下的不满，纷纷脱离札木合投奔铁木真，铁木真虽然打了败仗，实力反而更壮大了。
铁木真没有忘记杀害他父亲的仇人塔塔儿部首领蔑古真。没有多久，蔑古真得罪了金朝，金朝派丞相完颜襄约铁木真配合进攻塔塔儿部。铁木真认为这是个报仇的好机会，就和金兵一起夹击塔塔儿部，把塔塔儿部打得全军覆没，俘获了大批人口和牲畜、辎重。
金王朝认为铁木真立了功劳，封他做前锋司令官。
以后，铁木真又经过几次战斗，陆续消灭了蒙古高原好几个部落，终于统一了全蒙古。他被蒙古各部首领推举当了大汗，这就是举世闻名的成吉思汗。
成吉思汗即位以后，建立了军事和政治制度，使用了蒙古文字，使蒙古成了一个强大的汗国。但是金朝还把蒙古当作它的附属国，要成吉思汗向他们进贡。成吉思汗立志要改变这种屈辱的地位。
