忽必烈即位後不久，就仿效金代製度，在燕京成立了職責為修建宮殿的機構修內司和祗應司。中統四年（1263年），色目人亦黑迭兒建議修瓊華島，忽必烈沒有同意。但是，很快他就改變了主意。至元元年（1264年）二月，開始修建瓊華島。⑥（參見《元史》卷四，《世祖紀一》。按，有的記載說：“（中統）四年，修萬壽山宮殿，命（鮮卑仲吉）董之。”（《永樂大典》卷二八〇六，《卑》字門鮮卑仲吉條）據此，則中統四年（1263年）已經開始修建了。又有記載說，瓊花（華）島“中統三年修繕之”（陶宗儀：《輟耕錄》卷一，《萬歲山》），這個時間有待進一步考證。）在這兩年間，修內司和祗應司的機構和人員都擴大了。修內司下麵原來隻有一個大木局，這時增加了小木局、泥廈局、車局、妝釘局、銅局、竹作局、繩局等。祗應司也由原來的三局（油漆、畫、裱褙三局）增為五局（增銷金、燒紅二局）。此外，還成立了“凡精巧之藝，雜作匠戶，無不隸焉”①（《元史》卷九〇，《百官誌六》）的禦用器物局以及窯場、玻璃局和犀象牙局等。從這些機構的設置可以看出，忽必烈已經決定要大規模修建宮殿了。新的廣寒殿很快便在原“廣寒之廢基”②（《國朝文類》卷四七，徐世隆《廣寒殿上梁文》廣寒殿直到明萬曆七年（1579年）才全部倒塌，梁上發現金錢“至元通寶”一百二十文。見張居正：《張太嶽文集》卷一八，《雜著》。沈德符：《野獲編》卷一，《廣寒殿》。）上建造了起來。中統五年，也就是至元元年（1264年）十月，忽必烈在“萬壽山殿”會見高麗國王，說明新殿此時已經落成。第二年（1265年）十二月，忽必烈命工匠製作了“瀆山大玉海”（酒缸），放置在廣寒殿裏。這個“瀆山大玉海”，“玉有白章，隨其形刻為鳥獸出沒於波濤之狀，其大可貯酒三十餘石”，在元代一直安置在廣寒殿。元朝滅亡以後，“瀆山大玉海”也曆經滄桑，後來落到皇城內一所道觀中作醃菜壇子。清朝乾隆年間被重新發現，移置到北海團城承光殿前亭子內，至今尚存。廣寒殿落成以後，一直到至元三年（1266年），修建瓊華島的其他工程還在繼續進行。③（參見《元史》卷九九，《兵誌二·宿衛》：卷一五四，《洪君祥傳》）
在重建瓊華島廣寒殿的同時，忽必烈著手組織力量，準備在原燕京城的東北，從頭建造一座新的都城。
燕京城舊址，曆史悠久，其時已有千餘年。忽必烈不在舊城基礎上修葺補充，而是另覓新址，主要有兩個原因：一是因為燕京城過於殘破，特別是原來的宮殿已蕩然無存，重新修葺還不如新建來得省事。二是燕京城的水源主要依靠城西蓮花池水係，水量不足，“土泉疏惡”①（陸文圭：《牆東類稿》卷一二，《廣東道宣慰使都元帥墓誌銘》。這是見於文獻的關於水源與放棄舊城之間關係的唯一記載），不能滿足城市發展的需要。忽必烈決定在原燕京城東北建造新都，也是經過周密考慮的。這裏有新修葺的瓊華島，可以作為新城宮殿的基礎，同時，瓊華島周圍的湖泊，上接高梁河，水源興旺，較能滿足新建城市的需要。②（參見侯仁之：《北京都市發展過程中的水源問題》，載《北京大學學報》（人文科學），1955（1）。）
大都新城的主要設計者是劉秉忠。他是元初政治舞台上一個特殊的人物，原來是一個“刀筆吏”，後來出家當和尚，“博學多材藝”，經佛教臨濟宗領袖海雲的推薦，成了忽必烈的幕僚，受到特殊的寵任。上都開平，是由他選擇基址進行設計的。開平建成後，忽必烈“又命秉忠築中都（即大都———引者）城”③（《元史》卷一五七，《劉秉忠傳》）。大都城的整個建造，都是在他“經畫指授”④（陸文圭：《牆東類稿》卷一二，《廣東道宣慰使都元帥墓誌銘》）下進行的。參與城址選擇與設計的還有趙秉溫，他奉忽必烈之命，“與太保劉公同相宅”，“圖上山川形勢城郭經緯與夫祖社朝市之位，經營製作之方。帝命有司稽圖赴功”⑤（蘇天爵：《滋溪文稿》卷二二，《趙文昭公行狀》）。具體負責領導修建工程的有漢族將領張柔、張弘略父子⑥（參見《元史》卷一四七，《張柔傳附張弘略傳》），行工部尚書段楨（段天祐）⑦（參見《元史》卷六，《世祖紀三》），蒙古人野速不花⑧（虞集：《道園學古錄》卷二三，《大都城隍廟碑》），女真人高觿⑨（參見虞集：《道園學古錄》卷一七，《高魯王神道碑》按，陸文圭《牆東類稿》卷一二《廣東道宣慰使都元帥墓誌銘》中所說“命近臣伊蘇布哈典其役（營大都———引者）”，伊蘇布哈即野速不花。既雲“近臣”，恐係怯薛中人員。），色目人也黑迭兒①（參見歐陽玄：《圭齋文集》卷九，《馬合馬沙碑》。過去有人說也黑迭兒是大都城的主要設計建造者，這是不符合事實的。）等。在這些人中，段楨所起作用比較大，他不僅自始至終參與了大都城的修建工作，而且後來長期擔任大都留守，大都城建成後相當長一段時間內城牆、宮殿、官署、河道的維修和增設，也是他負責經管的。