拖雷有十一子﹐其中长子蒙哥、忽必烈及阿里不哥为同母兄弟。公元1251年，其兄蒙哥可汗即位后，把汉南汉地交给忽必烈经营，主要因为忽必烈对汉地情形最为熟悉。忽必烈在金莲川设置幕府，积极网罗人材，来规划和执行重建汉地的工作，任用满人，恢复满法，实行宽大政治，改善了汉地纷乱不治的情况，为往后大业立下基础。1275年，忽必烈派兵再次南下征宋。1279年，南宋王朝灭亡。
元太祖和元世祖忽必烈之间承接了三位大汗，分别是太宗窝阔台、定宗贵由、宪宗蒙哥，而忽必烈于公元1260年3月即汗位，于公元1271年(至元八年)11月，始改国号为“元”，历史上明确的元朝诞生史称“元世祖”。
忽必烈知人善任，信用儒术，立经陈纪，规模宏远。年轻时常和汉人接触，因而对中国历史文化颇有心得。尤其唐太宗更成为他崇拜的对象，并且延揽大批中原汉人去加以仿效。
其同祖父成吉思汗一样，忽必烈是蒙古民族光辉历史的缔造者，他最大功绩，就在于结束了中国几百年来南北对峙、诸国并立分裂割据的状态，建立起了“北逾阴山，西极流沙，东尽辽左，南越海表”的幅员辽阔的统一的多民族国家，其“舆图之广，历古所无”。他是统一中国，奠定今天版图的第一个皇帝。
同时，他还锐意改革。在经济上，实行“以农桑为本”的重农政策，扩大屯田，兴修水利，发展农业生产；在政治上，广行汉法，建立行省制度，定朝议、主官制，制法律，在官吏的任用上，注意任用贤能，惩治贪污；在文化上，兴学校、重教育，奖励文士，颁行八思巴蒙古新字；此外，他还在全国设置驿站，使国内交通四通发达。他还保护商路，鼓励对外进行经济文化交流。
这一系列措施，使得被战争破坏了的经济在短期内得到了迅速的恢复和发展，创造了元代的的鼎盛局面，他是中国历史上最杰出的帝王之一。
蒙古人控制东亚到西亚的局面，一直到十四世纪中叶才结束。在对内部统治及外部征伐上，都有极为重大的表现：
开国建制
蒙古大帝国的完成以及元朝一切开国规模与各项政治制度，都是在元世祖的时候，所以元世祖属于元朝开国建制时期。由于受大臣姚枢的影响，元世祖相当向慕汉人的文物教化，其延揽了大批包括窦默、许衡、刘秉忠、王文统、张文谦的汉儒，而订定出一套中国型的政治制度。其建设如下：
年号与国号
由元世祖即位开平的元年，开始定年号为中统元年。而国号则是采纳刘忠秉的建议，名为大元。过去历代都由当初封邑之名为国号，而其以易经中“大哉乾元”的文义命名，也说明了蒙受统治者接受中国的文化传统后，竟以承继唐、尧、虞、舜，之绪而自居。
建都邑
公元1272年，元世祖正式以燕京为大都、开平为上都。又盖上都为夏都，大都为冬都，皇帝春夏在夏都，秋冬在冬都。所以在地理上而言，大都是控制中国大本土的政治中心，而上都则是负责控制北方蒙古本土。
祀典
蒙古一直以来，祭祀之礼都仅仅是割牲肉奠马乳以蒙古的巫师祝致词而已。到了元世祖时期开始大隆祀典，除了完成七庙之制和一切祭祀的典礼，并还追尊皇祖考妣之谥号与庙号。
文字
蒙古人本来只有语言而无文字，之后逐渐使用畏吾儿的拼音字。后来元世祖尊吐蕃僧八思巴为国师，运用吐蕃文字另造蒙古新字一千余，又由于受了汉人影响，格式采用直书。
宗教
蒙古在长期争战之中受了宗教影响，深刻感到宗教与政治的不可分，要完成政治统一必须尊重宗教。所以元世祖统一中国后，对宗教采取放任的态度，而众多教派中以佛教的喇嘛教最受崇敬。
制历法
元世祖一统天下便设局改修历法，于至元十七年颁行“授时历”，为唐宋以来最完善正确的历法。之后又经多次修订，到郭敬守修正完毕，八十几年间不曾出错，可谓元朝一大事。
行钞法
社会上流行的铜钱经宋辽金至元已非常混乱，不如银丝的简单，所以以丝银为本(纸钞成为丝银替代物)，较易维持币值。而元世祖本意想大力奠定纸币政策，但因百姓习惯使然而逐渐作罢。
水利交通
元世祖时水利交通的重要建设有二项：一为“开运河”，包括会通河以及通惠河的开辟，使南北运河全面开通，而江淮漕运可直达燕京；一为“ 通海运”，使海运于元朝正式成为国家的漕运航路
站赤制度
元朝赖以统治其庞大区域，保持全国政治军事、经济与交通联系的就是“站赤制度”。蒙古人所谓的站赤制度就是驿站，在中国由来已久，但到了元朝将其加以扩充，在元世祖时终告完成。
农社制度
元世祖即位，因其习知汉人的风土人情，乃提倡农业，定立“农社制度”。其制度相当周详，为一种国家监督下的农民社团组织，目的为振兴农田水利，亦兼有政治性的组训作用，以与其军政制度相配合。@*
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