經過4年內戰，公元1264年，阿里不哥投降。忽必烈遷都于大都，按照蒙古制度，忽必烈必須召開庫里勒臺大會，得到蒙古貴族的推舉，才能名正言順地成為蒙古大汗。
然而當時由成吉思汗子孫建立的伊利汗國、欽察汗國、察合臺汗國、窩闊臺汗國已經各自為政，忽必烈只是四大汗國名義上的宗主。
忽必烈任用漢臣治理中原，加強中央集權，恢復農業生產，迎進大都，翻修上都，將大都和上都作為統治中原與草原的兩個中心。
公元1271年，忽必烈取《易經》“大哉乾元”之意，將國號改為大元，正式建立元朝。當時中國僅剩南宋政權尚未滅亡，忽必烈在穩定內政之后就將滅宋提上日程。
公元1274年，忽必烈出兵攻宋，此時的南宋已經日薄西山，在長年的戰爭中耗盡了最后的財力兵力。兩年后元軍兵臨臨安城下，太皇太后謝道清抱著小皇帝開城投降。
公元1279年，南宋殘存的流亡政權在崖山海戰中覆滅。自唐末五代以來，中國300多年的分裂在忽必烈手中徹底終結。
然而元朝的上升勢頭也到此為止了，在滅宋以后，元朝進攻日本、進攻東南亞的戰爭多以失利告終。在馬上打天下之后，元朝需要在馬下治天下，遺憾的是，元朝在這方面做得并不好。
元朝國祚近百年，換了11個皇帝，政治斗爭十分激烈。忽必烈本來想按照漢人傳統立嫡長子真金為皇太子，但真金早逝。
忽必烈又沒有指定皇太孫，因此下一任皇帝依然按照蒙古傳統由庫里勒臺大會選出，這就導致元朝皇位很少能夠正常更迭。
蒙古貴族壓制漢人，官僚排斥漢法，用法令將百姓劃分為蒙古人、色目人、漢人、南人，規定了不同的政治待遇，致使民族矛盾日漸激烈。
與此同時，理學的地位卻不斷上升，最終成為官學。理學興起于南宋，雖然曾被權相韓侂胄打壓，但在韓侂胄倒臺以后，理學成為南宋的顯學。
忽必烈任用理學派士大夫，尊奉孔子，開設學校教授理學，使理學從南宋故地傳播到全國各地，成為官學。
然而元朝的科舉制度時廢時興，導致很多有才華的士子沒有嶄露頭角的機會，上層依然被蒙古貴族把持。
公元1320年，元英宗碩德八剌繼位，推行以儒治國的政策，大量啟用漢人官僚，實行改革，整頓吏治，裁減冗官，減輕百姓負擔，緩解社會矛盾。
而這些新政引起蒙古守舊派貴族的強烈反對。公元1323年，南坡之變，元英宗遇刺身亡。泰定帝也孫鐵木兒繼位，泰定帝英年早逝，權臣倒剌沙擁立泰定帝的太子阿速吉八即位。
因圖帖睦爾在大都擁立元武宗之子妥歡帖睦爾繼位，元朝竟同時出現了兩個皇帝。經過兩個月的大戰，圖帖睦爾取得勝利，但圖帖睦爾并沒有當皇帝，而是把皇位讓給哥哥和世，視為元明宗。
元明宗在位半年暴卒。圖帖睦爾繼位，是為元文宗。當時很多人都認為是圖帖睦爾害死了哥哥。圖帖睦爾臨終前十分后悔，把皇位傳給了明宗長子妥歡帖睦爾。
然而權臣燕帖木兒卻聲稱妥歡帖睦爾并非元明宗親生。令元文宗萬萬沒想到的是，這個妥歡帖睦爾會是元朝在中原的最后一位皇帝——元順帝。