拖雷有十一子﹐其中長子蒙哥、忽必烈及阿里不哥為同母兄弟。西元1251年，其兄蒙哥可汗即位後，把漢南漢地交給忽必烈經營，主要因為忽必烈對漢地情形最為熟悉。忽必烈在金蓮川設置幕府，積極網羅人材，來規畫和執行重建漢地的工作，任用滿人，恢復滿法，實行寬大政治，改善了漢地紛亂不治的情況，為往後大業立下基礎。1275年，忽必烈派兵再次南下征宋。1279年，南宋王朝滅亡。
元太祖和元世祖忽必烈之間承接了三位大汗，分別是太宗窩闊臺、定宗貴由、憲宗蒙哥，而忽必烈於公元1260年3月即汗位，於公元1271年(至元八年)11月，始改國號為「元」，歷史上明確的元朝誕生史稱「元世祖」。
忽必烈知人善任，信用儒術，立經陳紀，規模宏遠。年輕時常和漢人接觸，因而對中國歷史文化頗有心得。尤其唐太宗更成為他崇拜的對象，並且延攬大批中原漢人去加以倣傚。
其同祖父成吉思汗一樣，忽必烈是蒙古民族光輝歷史的締造者，他最大功績，就在於結束了中國幾百年來南北對峙、諸國並立分裂割據的狀態，建立起了「北逾陰山，西極流沙，東盡遼左，南越海表」的幅員遼闊的統一的多民族國家，其「輿圖之廣，歷古所無」。他是統一中國，奠定今天版圖的第一個皇帝。
同時，他還銳意改革。在經濟上，實行「以農桑為本」的重農政策，擴大屯田，興修水利，發展農業生產；在政治上，廣行漢法，建立行省制度，定朝議、主官制，制法律，在官吏的任用上，注意任用賢能，懲治貪污；在文化上，興學校、重教育，獎勵文士，頒行八思巴蒙古新字；此外，他還在全國設置驛站，使國內交通四通發達。他還保護商路，鼓勵對外進行經濟文化交流。
這一系列措施，使得被戰爭破壞了的經濟在短期內得到了迅速的恢復和發展，創造了元代的的鼎盛局面，他是中國歷史上最傑出的帝王之一。
蒙古人控制東亞到西亞的局面，一直到十四世紀中葉才結束。在對內部統治及外部征伐上，都有極為重大的表現：
開國建制
蒙古大帝國的完成以及元朝一切開國規模與各項政治制度，都是在元世祖的時候，所以元世祖屬於元朝開國建制時期。由於受大臣姚樞的影響，元世祖相當嚮慕漢人的文物教化，其延攬了大批包括竇默、許衡、劉秉忠、王文統、張文謙的漢儒，而訂定出一套中國型的政治制度。其建設如下：
年號與國號
由元世祖即位開平的元年，開始定年號為中統元年。而國號則是採納劉忠秉的建議，名為大元。過去歷代都由當初封邑之名為國號，而其以易經中「大哉乾元」的文義命名，也說明了蒙受統治者接受中國的文化傳統後，竟以承繼唐、堯、虞、舜，之緒而自居。
建都邑
西元1272年，元世祖正式以燕京為大都、開平為上都。又蓋上都為夏都，大都為冬都，皇帝春夏在夏都，秋冬在冬都。所以在地理上而言，大都是控制中國大本土的政治中心，而上都則是負責控制北方蒙古本土。
祀典
蒙古一直以來，祭祀之禮都僅僅是割牲肉奠馬乳以蒙古的巫師祝致詞而已。到了元世祖時期開始大隆祀典，除了完成七廟之制和一切祭祀的典禮，並還追尊皇祖考妣之諡號與廟號。
文字
蒙古人本來只有語言而無文字，之後逐漸使用畏吾兒的拼音字。後來元世祖尊吐蕃僧八思巴為國師，運用吐蕃文字另造蒙古新字一千餘，又由於受了漢人影響，格式採用直書。
宗教
蒙古在長期爭戰之中受了宗教影響，深刻感到宗教與政治的不可分，要完成政治統一必須尊重宗教。所以元世祖統一中國後，對宗教採取放任的態度，而眾多教派中以佛教的喇嘛教最受崇敬。
製曆法
元世祖一統天下便設局改修曆法，於至元十七年頒行「授時曆」，為唐宋以來最完善正確的曆法。之後又經多次修訂，到郭敬守修正完畢，八十幾年間不曾出錯，可謂元朝一大事。
行鈔法
社會上流行的銅錢經宋遼金至元已非常混亂，不如銀絲的簡單，所以以絲銀為本(紙鈔成為絲銀替代物)，較易維持幣值。而元世祖本意想大力奠定紙幣政策，但因百姓習慣使然而逐漸作罷。
水利交通
元世祖時水利交通的重要建設有二項：一為「開運河」，包括會通河以及通惠河的開闢，使南北運河全面開通，而江淮漕運可直達燕京；一為「 通海運」，使海運於元朝正式成為國家的漕運航路
站赤制度
元朝賴以統治其龐大區域，保持全國政治軍事、經濟與交通聯繫的就是「站赤制度」。蒙古人所謂的站赤制度就是驛站，在中國由來已久，但到了元朝將其加以擴充，在元世祖時終告完成。
農社制度
元世祖即位，因其習知漢人的風土人情，乃提倡農業，定立「農社制度」。其制度相當周詳，為一種國家監督下的農民社團組織，目的為振興農田水利，亦兼有政治性的組訓作用，以與其軍政制度相配合。@*
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