忽必烈如何受得了這般侮辱，下決心用兵爪畦。至元二十九年（1292年），忽必烈命史弼、亦黑迷失、高興等率領福建、江西、湖廣三省兵二萬，戰船千艘，運載足夠一年的口糧，大舉征伐爪哇。征伐爪哇大軍帶有“虎符十、金符四十、銀符百、金衣段百端”，用以獎賞作戰有功人員。亦黑迷失等人披掛整齊，向忽必烈辭行，忽必烈對他們說：“卿等至爪哇，明告其國軍民，朝廷初與爪哇通使往來交好，後刺詔使孟右丞之麵，以此進討”。元軍於十二月從泉州出發，遠涉重洋，經萬裏石塘（東沙、中沙、西沙、南沙群島）等地，至元三十年（1293年）二月至爪哇杜並足，然後兵分兩路以進，由史弼、孫參政率領都元帥那海、萬戶寧居仁等水軍，從水路進軍；由高興、亦黑迷失率領都元帥鄭鎮國、萬戶脫歡等馬步軍，從陸路進軍。兩路大軍約於八節澗相會。
這時，爪哇國王哈隻葛達那加刺被鄰國葛郎國王哈隻葛當所殺，其婿土罕必閣耶為了複仇，率兵進攻葛郎國，沒有成功。正在氣惱之際，聽說元軍到來，便派遣使者出使元軍，表示願意歸降，並奉獻當地山川、戶口及葛郎國地理等圖籍，請求元軍幫助攻打葛郎國。元軍見未廢一兵一卒，就使爪哇國投降了，非常高興，立即答應了土罕必閣耶的請求，幫助爪哇兵打敗了葛郎兵，一直追至葛郎國境，包圍了葛郎的答哈城。葛郎國雖經力戰，但仍然打不過元朝和爪哇的聯軍，沒有辦法，隻好出降。
葛郎國投降以後，土罕必闍耶借口回國準備貢品，脫離元軍，先行回國。其實，土罕必閣耶並非真心投降元朝，隻是迫於兩麵作戰的不利形勢，才假裝投降元軍，然後借助元軍之力打敗自己的仇敵。當自己的仇敵被打敗以後，土罕必閣耶又來對付元軍。他在歸國途中號召士兵反元，設下埋伏，乘元軍不備，襲擊元軍歸路。元軍遭此突然襲擊，還沒有弄清楚是怎麼回事，就被爪哇軍隊打敗了。元軍死傷慘重，難以再戰，遂倉惶撤退。海行68日，回到泉州。
忽必烈聽說征伐爪哇的軍隊失敗而歸，大失所望，處罰了史弼、亦黑迷失等人。曾想再次出兵征伐爪哇，但因年老體衰，最終沒有出兵。
元朝時期，南海地區分布許多國家，主要有印度的馬八兒、俱蘭、須門那（孟買以北索帕拉）、僧急裏（科達吉羅）、來來（古查提特），肯尼亞的馬蘭丹、那旺，蘇門答臘的南無力（亞齊）、蘇木都刺，馬來西亞的丁嗬兒（丁加奴）、急蘭亦禋（吉蘭丹）等。其中，馬八兒和俱蘭影響最大。兩國分處在印度次大陸南部的東西兩側，馬八兒在印度東海岸，臨近孟加拉灣；俱蘭在印度西海岸，麵臨阿拉伯海。《元史·馬八兒等國傳》記載說：“海外諸蕃國，惟馬八兒與俱蘭足以綱領諸國，而俱蘭又為馬八兒後障，自泉州至其國約十萬裏。其國至阿不合大王（指伊利汗國）城，水陸得便風，約十五日可到，比餘國最大。”
忽必烈即位以後，在遣使通好各國的同時，積極進行南海諸國的招撫工作。
至元十五年（1278年）八月，忽必烈在基本滅亡南宋的形勢下，開始實施他的招撫南海諸國的宏偉計劃。他以唆都行省事於泉州，負責“招諭南夷諸國”，特意詔告唆都和蒲壽庚等人說：“諸蕃國列居東南島嶼者，皆有慕義之心，可因蕃舶諸人宣布朕意。誠能來朝，朕將寵禮之。其往來互市，各從所欲州拍。於是，唆都等人奉璽書十通，招諭南海諸國。占城、馬八兒等國俱奉表入貢，惟俱蘭等國未下。”
為了招撫俱蘭等國，至元十六年（1279年）十二月，忽必烈又派遣廣東招討司達魯花赤楊庭璧出使俱蘭。楊庭璧受任之後，乘船出海，於次年三月到達其國。俱蘭國王必納的見忽必烈遣使來招，既有受寵若驚之感，又有十分懼怕之意，因令其弟用回回字書寫了回書，表示來年遣使入貢。
忽必烈見到俱蘭回書，非常高興，又授哈撒兒海牙為俱蘭國宣慰使，令其與楊庭璧再次出使俱蘭。至元十八年（1281年），哈撤兒海牙和楊庭璧等人自泉州入海，由於中途遇風乏糧，改從馬八兒借路而行。馬八兒國宰相見元使來臨，曾說道：“官人來此甚善，本國船到泉州時，官司亦嚐慰勞，無以為報。今以何事至此？”楊庭璧等說明原因，指望通過馬八兒，經陸路前往俱蘭。馬八兒宰相聽說元使準備借路，乃托以不通為辭。楊庭璧等人迷惑不解。後來才知道，當時馬八兒與俱蘭關係緊張，正在備戰，因此不予借路。楊庭璧等人沒有辦法，隻好折回。
楊庭璧等人回國向忽必烈彙報了情況以後，忽必烈又派楊庭璧率領使團第三次出使俱蘭。此次出使，比較順利，至元十九年（1282年）二月到達俱蘭，受到俱蘭國王的盛情相待，表示願意與元朝結好，正式向元朝稱臣納貢。
當時，也裏可溫兀咱兒撒裏馬及木速蠻主馬合麻等也在俱蘭，聽說元使來到，“皆相率來告願納歲幣，遣使入覲”。蘇木達國也遣使通過俱蘭向忽必烈臣服。其餘小國聽說俱蘭向元朝納款稱藩，歲歲通貢，也表示願意向元朝稱臣，加強經濟文化往來。於是，須門那、僧急裏、南無力、馬蘭丹、那旺、丁嗬兒、來來、急蘭亦裎、蘇木都剌等國都遣使入貢。此後，元朝同南海諸國的交往更加頻繁了。
忽必烈在東方連續發動了對日本、安南、占城、緬國、爪哇等國的戰爭，意欲統一東方，作一個整個東方的大皇帝。而對西方，他知道隔著欽察和伊利汗國，已經沒有辦法征服任何一個國家，因此，與西方各國采取了十分友好的態度，頻繁與歐洲各國進行往來。忽必烈與歐洲各國友好往來影響最大的事件就是歡迎馬可·波羅來華。
馬可·波羅是意大利威尼斯人，著名的旅行家。他的父親柯羅和叔父馬菲奧都是威尼斯巨商。在馬可·波羅出生前不久，尼柯羅與其弟馬菲奧就從威尼斯啟程前往東方經商去了。兩人從君士坦丁堡渡黑海，經克裏米亞半島上的迷克克，進至欽察汗國都城薩萊（今俄羅斯阿斯特拉罕附近），留住一年。後來準備返國，惟逢欽察汗別兒哥與伊利汗旭烈兀發生戰爭，歸路已不安全，他們索性東行，來到不花剌（今烏茲別克布哈拉），又在那裏留居三年。後來遇到旭烈兀派往忽必烈處的使臣經過那裏，便應邀與其一起東行。約於至元二年（1265年）到達上都（今內蒙古正藍旗東閃電河北岸），忽必烈高興地接見了他們，並詢問了許多西方之事，“先詢諸皇帝如何治理國土，如何斷決獄訟，如何從事戰爭，如何處理庶務。複次詢及諸國王宗王及其他男爵。”“已而大汗詳詢關於故皇、教會及羅馬諸事，並及拉丁人之一切風俗”。忽必烈聽了尼柯羅兄弟對西方的介紹以後，很感興趣，決定派遣使臣隨同他們西返，並致書羅馬教皇，請求派遣一百名熟知基督教律、通曉七種藝術的教士到東方來，還要他們取回一些耶路撒冷聖墓長明燈的聖油。途中，元使因病停留。尼柯羅兄弟持蒙古國書繼續西行，至元六年（1269年）到達地中海東岸阿克拉城（今海法北），適逢教皇死，新教皇未立，遂向教廷呈遞了蒙古國書，而後回到威尼斯，尼柯羅第一次見到自己15歲的兒子馬可·波羅。
兩年以後，尼柯羅兄弟二人攜帶17歲的馬可·波羅準備到元廷複命，他們先到阿克拉覲見新任教皇格雷戈裏十世，教皇派兩名教士隨同他們東行。接著，又到耶路撒冷取來聖油，與教皇派遣的教士尼古勒和吉嶽木等正式踏上了東行的旅程。途中，兩名教士畏難不前，將教皇致忽必烈的書信和出使特許狀委托給尼柯羅兄弟和馬可·波羅以後，便折返而去。於是，馬可·波羅等三人取道伊利汗國境內，經過其都城桃裏寺（今伊朗阿塞拜疆大不裏士），至波斯灣口忽裏模子，沿著古代絲綢之路，越過巴達哈傷高原和帕米爾高原，進入元朝轄境，跋山涉水，曆盡艱險，於至元十二年（1275年）到達上都，向忽必烈複命。忽必烈非常高興，讓他們三人作了元朝的官吏。