至此，隻有用武力來解決汗位問題了。忽必烈取得了大部分王公貴族的支持，很快迫使眾叛親離的阿裏不哥於公元1246年夏歸降忽必烈。
解決了內部問題後，忽必烈於公元1246夏遷都燕京，改燕京為中都，把中央政權機構設於此地，隨後於公元1271年冬宣布改“大蒙古”為“大元”，取《易經》“大哉乾元”之義，表示國家廣袤無疆。
在即位的最初幾年裏，忽必烈致力於鞏固汗位，對南宋隻求維持現狀。公元1260年春，他派郝經為使到南宋宣告自己即位的消息，並商談與賈似道達成的協議。但是，賈似道害怕郝經抵達朝廷會敗露其屈辱投降的議和條約，便把郝經拘留在真州(今江蘇儀征)。忽必烈在鞏固了自己的地位、作了長期備戰之後，便以宋廷拘囚郝經為借口，於公元1267年舉兵伐宋。
公元1267年冬，忽必烈采納了南宋降將劉整的建議，派阿術、劉整等進攻襄陽，並於公元1272年農曆正月，攻克襄陽。公元1273年夏，元世祖忽必烈發布伐宋詔書，命元軍分兵兩路南征南宋。元軍一路勢如破竹，於公元1275年農曆正月進駐臨安城郊，並對臨安合圍。宋帝無可奈何地上表投降。
此後，元軍將趙宋王朝消滅，完全統一全國。統一全國後，忽必烈為鞏固元朝在中原的統治地位，進行了政治、軍事、經濟、文化等方麵的改革。
公元1294年春，忽必烈逝世。
成宗鐵穆兒
(公元1265年～公元1307年)
在位時間：公元1294年～公元1307年
曾用年號：元貞、大德
諡號：欽明廣孝皇帝
廟號：成宗
安葬地：起輦穀
鐵穆兒的父親真金，是忽必烈的次子，也是忽必烈的皇位繼承人，但在公元1285年，真金還沒有等到即位稱帝的那一天，就因病去世。真金之死，對年逾古稀的忽必烈打擊很大，使他在重新確定繼承人的問題上格外慎重。這時鐵穆兒已長大成人，率兵平定乃顏餘黨的叛亂，鎮守北部邊境，得到忽必烈的賞識。公元1293年，忽必烈在拖了8年之後，終於將鐵穆兒立為“皇太子”。
一年之後，忽必烈便因病去世，雖說祖父在生前指定鐵穆兒為皇位繼承人，但如不經過參加忽勒台(諸王大會)的諸王、貴戚的推選，就不能繼位，因此鐵穆兒趕緊奔赴上都，與擁有較強的勢力又是忽必烈長刊、的大哥甘麻剌展開皇位爭奪。不過鐵穆兒擁有母親伯藍也怯赤(闊闊真)和重臣玉昔帖木兒以及伯顏的支持，甘麻剌料定不是弟弟的對手，於是鐵穆兒就在一場虛驚中即位登基，成為元朝的又一任皇帝。
鐵穆兒登基後，基本上保留了世祖晚年當政的原班人馬，大政方針上也具有元世祖的遺風。為了爭取蒙、漢儒臣的擁戴，鐵穆兒下詔崇拜孔子，在京城建起孔子廟學，選名儒雅士擔任學官。在任用蒙、漢儒臣的同時，鐵穆兒像祖父一樣，用色目官員管理財政，讓回回人賽典赤的孫子伯顏擔任中書平章政事，阿裏任中書右丞。這就使得鐵穆兒上台後的幾年之間，政治相對穩定。
鐵穆兒即位後，放棄了對周邊地區大量用兵的做法，恢複與周圍各國的睦鄰關係。和安南、占城、日本等國建立友好的外交關係，此後，元朝與安南、占城之間，使節往來不絕，中日雙方的民間貿易也比較活躍。
但這時的西北邊境，仍有海都、篤哇等人長期與元朝中央政府為敵。鐵穆兒即位後，叛軍即返。麵對叛軍咄咄逼人的攻勢，鐵穆兒派出大軍駐防西北，抵禦叛軍。雙方一再發生戰爭，互有勝負，直到公元1302年，在元朝大軍壓境的局麵下，篤哇和海都的兒子察八兒才向中央政府請求和解，鐵穆兒答應了他們的請求，並下令在中央與篤哇、察八兒轄區之間設立驛站，以便於雙方使臣往來。
鐵穆兒與西北的和解，結束了長達40多年的皇室內爭，重新確立了中央在西方諸汗國中的宗主地位。鐵穆兒還派遣使臣與篤哇派出的使臣一同前往波斯，向新即位的伊利汗完者都(合兒班答)通告雙方恢複和平的消息。公元1305年，完者都將這一事件鄭重地函告法蘭西國王腓力四世和英吉利國王愛德華一世。
鐵穆兒即位後，對待軍事和外交問題還能駕輕就熟，但對待國家經濟生產發展的問題，就顯得有些力不從心了。鐵穆兒做皇帝之前，長年在外帶兵，不諳朝政。做了皇帝後，為了爭取蒙古貴族和大臣們的擁護，不惜傾盡國家財力，賞賜給眾人，使得元朝經濟出現紊亂的嚴重後果。他還對許多國家大事不管不問，做了5年多的皇帝，他竟然還不知道六部官員是何人。