那麼，是什麼讓忽必烈如此匆忙地掉轉大軍呢？
原來，蒙哥死時，阿裏不哥奉命留守和林，管理留守的軍隊。在政治上有著十分優越地位的他，迅速取得了皇後以及蒙哥兒子們的支持，意欲繼承蒙哥的汗位。他命令脫裏赤為斷事官，統兵漠南，又派阿蘭答爾發兵於漠北，力圖阻止對他有威脅的忽必烈。忽必烈的妻子察必一方麵拖延阿裏不哥奪權時間，一麵寫信要忽必烈馬上回來。忽必烈接信以後，意識到問題的嚴重性，所以，匆匆結束對南宋的這次鄂州戰役，以便回北方去爭奪大汗位置。
忽必烈首先遣軍去迎接蒙哥的靈車，接收大汗的寶璽。恰在此時，賈似道得知蒙哥大汗死去的消息，便遣宋京去和忽必烈秘密談判，言明隻要忽必烈撤軍，雙方將以長江為界，南宋每年納銀20萬兩、絹20萬匹給蒙古。忽必烈當即同意，隨後隻留少數人馬退守長江北岸，自己則帶兵北去爭奪汗位。另外，他還派輕騎兵趕到燕京，防止阿裏不哥的勢力南下。
公元1259年年底，忽必烈抵達開平，他先遣散阿裏不哥的軍隊，將燕京控製在自己手中。然後派廉希憲前往遭蒙哥大汗貶斥的塔察兒處，饋贈一份厚禮給他，讓他擁戴自己。在塔察兒的帶動下，許多藩王和勳貴都倒向忽必烈一邊。另外，忽必烈接受儒家學說，使得大批漢族官僚支持他。但形勢對阿裏不哥還是極為有利的，他是拖雷正妻生的幼子，又據守和林，控製大蒙古國本土。按蒙古慣例，幼子總是有優先作為繼承者的權利，因而受到漠北傳統貴族的支持。
麵對錯綜複雜的形勢，忽必烈也有些拿不定主意。他的謀士廉希憲出了個主意：“按通常習俗，阿裏不哥雖有繼承大汗的可能；但大蒙古國今天還是無主國，不妨趁其還在猶豫彷徨之時，憑借中原財力、物力及各藩王顯貴的支持，早日登基。此事一旦成了事實，阿裏不哥就被動了。”忽必烈毫不掩飾地說：“真乃天助我也，登基之後，你當為開國元勳！”
幾天之後，一個稱之為忽鄰勒塔的選舉大汗大會，在忽必烈的主持下召開。在會上，塔察兒首先提議，由忽必烈繼承大汗位，忽必烈則假意推辭。其餘到會藩王及大臣們奉表勸進，聲淚俱下，力陳理由。忽必烈說：“事到今日，隻好如此吧。”於是，3月24日忽必烈正式繼承大汗位。阿裏不哥聽到忽必烈自立汗位以後，也於5月糾集一部分力量在按坦（今阿爾泰山）自稱奉遺詔繼承汗位。
元代八思巴字“大元通寶”
銅錢。元朝曾禁止使用銅錢，至大三年（1310）才又恢複銅錢流通。
一個國家兩個大汗，解決的方法隻能是武力。公元1260年冬，忽必烈親征和林。阿裏不哥不敢抵抗，逃至謙州。第二年秋，阿裏不哥返回和林，偽裝願意歸順，卻又突然襲擊，占領和林之後南下，被忽必烈擊敗。由於阿裏不哥多次戰敗，支持他的諸王紛紛向忽必烈投降，加上連年饑荒，阿裏不哥不得不於公元1264年向忽必烈投降。不久，阿裏不哥在憂鬱中死去。
這場汗位之爭雖然在忽必烈兄弟之間進行，但實質卻是保守勢力與革新勢力之爭。忽必烈是革新勢力的代表，敢於“附合漢法”，依照唐宋政治製度改革原有的政治機構，吸收先進的漢文化，大力提拔漢人充實到新的官僚機構中來，表現出積極進取的政治家的胸懷。內戰結束以後，漠北與中原地區連成一片，大蒙古國走上了一個新的起點，他提出了“祖達變通”的建國方針，附合漢法，建立一個與中原經濟基礎大體相適應的中央集權封建專製國家，從而為集中力量消滅南宋奠定了堅實的基礎。
公元1264年8月，忽必烈下詔改中統五年為至正元年。1271年11月，忽必烈又宣布將大蒙古國號改為“大元”，這就是中國曆史上元王朝的開始。與此同時，又將中都更名為大都。從此，今天的北京城就成為了元王朝的都城。大蒙古國向元王朝的過渡基本完成，忽必烈以元王朝開國皇帝的身份出現在世界東方。