蒙哥在位九年去世，其弟忽必烈在1260年繼任大汗，他不但稱汗，而且仿效漢人模式，十一年後又稱帝，定都北京，這就是元帝國。忽必烈具有雙重身份，不但是大蒙古國的大汗，還是中國的皇帝。
至此，大蒙古國的一個帝國（元帝國）和四個汗國（窩闊台汗國、察合台汗國、欽察汗國、伊爾汗國）全部到齊。
忽必烈稱帝後最迫在眉睫的事就是結束長期以來的對宋戰爭，滅掉南宋。此事要從頭說起，我們還記得1231年，拖雷兵團穿越南宋領土直奔金國鄧州的事。其實，當時蒙古兵團是按照成吉思汗的遺囑向南宋借道，可成吉思汗沒有料到，南宋居然不借道，而且還把前來談判的蒙古使者殺了。
拖雷暴跳如雷，道也不借了，命令蒙古兵團強取。遠征軍司令拖雷在大散關（今陝西省寶雞市西南）輕易地撕開了一道口子順利進入南宋，拖雷兵團在南宋境內如入無人之境，狂風掃落葉般蕩平了南宋數十州，然後又順利地離開南宋境，進入金國境內，猛攻鄧州。
1233年春，蒙古人攻陷開封。金國最後一位皇帝完顏守緒跑到蔡州，窩闊台和南宋簽訂軍事同盟，蒙古帝國要求南宋供應蒙古軍隊糧草，並且出兵，雙方共同攻陷蔡州，事成之後，兩國以淮河為界。
1234年，金國滅亡。蒙古人正在專心致誌地打掃戰場，南宋突然集結二十萬大軍向三京（東京開封、西京洛陽、南京商丘）裏的蒙古人發動攻擊。注意，這三處都在淮河以北黃河以南，按宋蒙當初的約定，淮河以北的地方都是蒙古人的，跟你南宋一毛錢關係都沒有。也就是說，這是赤裸裸的叛盟和侵略。
進展非常順利，1234年陰曆八月，南宋軍隊光複三京，京城臨安（今浙江杭州）方麵還未來得及擺慶功宴，蒙古人已發動反攻，南宋二十萬軍隊幾乎同時在三京崩潰，潰退到淮河南岸後，足足損失了一半士兵。
南宋這次突然叛盟激怒了蒙古人，而那不堪一擊的戰鬥力又使蒙古人向其發出滅亡通知書。從1235年開始，蒙古帝國的一部分兵團沿著南宋邊境，持續不斷地發動攻擊，讓南宋吃不香睡不著。
1253年，蒙古帝國劍走偏鋒，繞過南宋，深入萬山叢中的雲南地區，滅掉大理王國，隨後又使安南王國臣服。1258年，蒙古帝國分三路進攻南宋。1259年，其中一路的忽必烈強渡長江，抵達鄂州（今湖北武漢）城下，百道攻城，鄂州城馬上就要陷落，突然合州戰場傳來大汗蒙哥去世的消息。忽必烈大吃一驚的嘴還未來得及合上，又傳來消息說，他的兄弟阿裏不哥正在蒙古本部舉行大汗上任典禮。
忽必烈認為自己比阿裏不哥更有資本擔任大汗，於是放掉鄂州，掉轉馬頭回蒙古帝國本部和兄弟“相煎”去了。經過四年血流成河的內戰，1264年，忽必烈以壓倒性的優勢勝出。1269年，忽必烈對南宋全麵宣戰。1274年，蒙古遠征軍司令伯顏攻陷鄂州，順長江東下，陷安慶，在蕪湖江麵擊潰了南宋軍隊的最後一道防線。現在，蒙古軍隊可以大搖大擺地去臨安了。南宋急忙求和，伯顏按忽必烈的指示同意了。忽必烈的本意沒打算滅南宋，而是希望南宋和安南一樣，做元帝國的衛星國。
但是，南宋自己送死。伯顏派去杭州的談判使者在半路上突然被一名南宋愛國將領處決，伯顏聽到這個消息，氣得馬上變成了一個炮仗。南宋中央政府慌忙派人去向伯顏賠罪，並且發誓要嚴懲凶手。伯顏壓製自己不要爆炸，第二次派出使者。想不到南宋的愛國人士太多了，第二個使者走到半路時，又被殺掉。