在窩闊台擔任汗位時，忽必烈的母親勇敢地承擔起家庭以及統率部隊的重任。為了使忽必烈繼承其祖父的遺誌，她把目光轉向中原文化，經常邀請學識淵博的儒士到漠北，以期通過漢族文化教育增長兒子的智慧。這讓忽必烈從這時起便與其他王子有了不同之處。
由於當時戰亂，有大批的知識分子北上，再加上忽必烈對中原儒士的征召，所以，在他周圍很快就有了一些有才能的人，忽必烈經常向他們請教為治之道，這使他的思想比其他王族的兄弟們更勝了一籌。他對納才的確費了很多的心思，也會虛心地向別人請教，這在當時也是非常難能可貴的。
有一次，忽必烈問海雲禪師：“佛法中有安天下之法嗎？”海雲告訴他：“應當尋求天下大賢碩儒，向他們請教古今興衰的道理。”在與海雲和尚交談的過程中，忽必烈發現他帶來的弟子子聰非常精明。臨走時，忽必烈留下了他，這個小和尚就是後來輔佐忽必烈成就帝業、並受命建大都（今北京）的肱股之臣劉秉忠。接著，他又請到了通曉蒙古文的南宋大儒趙璧、原金朝狀元王鶚、名賢張德輝、宿儒姚樞等很多漢族的能人智士。在這些人的熏陶下，忽必烈的經世之道也迅速成熟了起來。
公元1251年6月，忽必烈之兄蒙哥繼承汗位。為了把權力確保在拖雷係家族手中，蒙哥即位之後即將漠南漢地軍國政事全部委托給忽必烈掌管。
忽必烈先是受命建立了金蓮川幕府。在漠南漢地，忽必烈更是公開“尊儒攬士”，他的幕僚中既有文土，又有武將，組成了一個文武兼備的政治智囊集團。而且，忽必烈還依照漢法治理，不久就使漠南漢地的經濟、社會秩序等都有了很大的發展，這片地區成了戰亂中相對穩定的地方，這也為他日後攻打大理和四川提供了基礎。
1252年正月，忽必烈又經蒙哥批準，整頓汴京（今河南開封），消滅軍閥和當地的暴政，使汴京成了又一塊和平之地。後來他又接受了蒙哥的關中封地，發展生產，實行經濟改革，大大改善了當地人的生活水平，也為自己的政績寫下了燦爛的一頁。忽必烈自掌管漠南漢地以來，扭轉了一直以來“漢地不治”的情況，他所實行的一係列措施，讓中原地區得到了初步的治理。他自從接受了漠南漢地以來，10年間已經成了諸王之首。在中原漢族地主階級心目中，他是一個能夠維護他們利益的新的代表人物。這讓忽必烈在中原有了一定的支持係統。
忽必烈一邊積蓄著自己的治世方略的同時，一邊不斷地建設著自己的封地。此時，他又建立起新城開平府，作為自己在漠南地區的統治中心，他在諸王中威望日隆，蒙哥也對他越來越重視。
在蒙古當時的政治環境中，要想在眾人之中脫穎而出，能征善戰是不可缺少的。忽必烈當然也明白這一道理。於是，他向蒙哥建議，要征服久攻不下的南宋，需要先征服大理，然後從西南向北進攻，兩麵夾擊，迫使南宋投降。蒙哥於是把征服大理的任務交給了他。
不久後，總領漠南漢地軍國庶事的藩王忽必烈率軍出發，他進軍的目的地是雲南的大理國（今雲南和四川西南部）。經過兩個月的急行，蒙古軍到達忒剌（今四川鬆藩），稍事休整。忽必烈將大軍分為二路，由兀良合台、阿術率西路軍由旦當（今麗江北部）進發，也隻烈、抄合率東路軍由白蠻進發，忽必烈率領主力為中路軍。
忽必烈軍隊在過大渡河時，戰士們有點膽怯，這對習慣了北方草原征戰的人來說的確是個難題。不過，忽必烈很會激勵人，他說：“來自草原的士兵們！麵對從未見過的湍急河流，我們隻能衝過去！成吉思汗的子孫是永遠不可戰勝的！”來自北方草原的戰士一聽主帥如此說，便也紛紛地過了河。