成吉思汗逝世后，由四子拖雷暂时“监国”，主持汗政。1229年，蒙古汗国在克鲁伦河曲雕阿兰隆重举行最高级别的忽里勒台会议，一致推举窝阔台为新的蒙古大汗。

窝阔台继位后，1235年召开忽里勒台大会，决定派遣成吉思汗四个儿子的长子、长孙率军西征，他们是：术赤子拔都、察哈台孙不里、窝阔台子贵由、拖雷子蒙哥等，其他领有封国的诸王和万户、千户、驸马等也都派出长子从征。此次西征，出动总兵力约15万人，由拔都总领诸军，速不台老将担任主将。1236年诸王子及速不台率军出征，1243年初结束西征。

此次西征蒙古军经过上百次海陆战争，主要战役有钦察战役。（1237年）费拉基米尔战役（1238年）、基辅战役（1240年），打败了钦察、斡罗思、昔烈儿（波兰），马扎儿（匈牙利）等邦国。长子西征极大地震动了奥地利、法国、西班牙和罗马教皇。1242年拔都率军东撤，1243 年拔都在亦的勒河下游的东岸，建筑了萨莱城，建立了钦察汗国，也叫金帐汗国。

窝阔台汗于1241年去世，皇后及马贞监国，1246年窝阔台子贵由登基称汗，1248年贵由病死。1251年蒙古汗国举行忽里勒台大会，拖雷之子蒙哥被选为新的大汗，从此大汗位由窝阔台系转到了拖雷系。蒙哥汗登基得到蒙古诸王的支持，使蒙古汗国有了进一步的发展。

蒙哥汗执政后，开始筹划进攻南宋的新的部署，1252年6月命其弟忽必烈远征大理，意欲绕道大理迂回攻击南宋。忽必烈率军10万，于1253年11月进入大理境内， 1255年平定大理。

早在窝阔台汗执政时期就曾与吐番首领会见，部分吐番地方势力就已向蒙古表示臣服。后来，窝阔台之子阔端与掌握吐番地方实权的萨迦派首领萨迦班智达在凉州达成协议，吐番正式接受蒙古大汗规定的各项制度。1253年秋忽必烈取道吐番向大理进攻，当时吐番正处于四分五裂的状态，忽必烈入藏后，击败了反抗的吐番军队，吐番归于统一，纳入蒙古帝国版图。

1252年，蒙哥汗派其弟旭烈兀进行蒙古历史上的第三次西征。旭烈兀先后攻占木剌夷国、报达城、叙利亚，逼近密昔尔（今埃及），平定了中亚地区，占领了西亚大部分地区，1260年建立了伊利汗国。

至此，蒙古四大汗国确立，除钦察汗国、伊利汗国以外，窝阔台后裔在其封地阿尔泰山地区建立了窝阔台汗国，察哈台后裔在其封地中亚地区，建立了察哈台汗国。

蒙哥汗即位后，持续不断派军进攻南宋，1258年初，蒙古军队分三路再次进攻南宋，他亲自率主力进入四川，年底到达重庆合州。1259年春，蒙宋双方在合州钓鱼城展开了激烈的攻守战，入夏，蒙哥汗率军攻城时被宋军炮石击中负重伤，后因伤势严重，病逝于军中。

1251年蒙哥汗继位之初，即命其弟忽必烈负责漠南汉地军国庶事。从此，忽必烈网络和重用了一批汉族知识分子和各族上层人士，学习中国原有的治国之道。大搞囤田积粮、整顿财政、设立交钞提举司、印发纸钞。这样就奠定了坚实的政治基础和统治基础。

1256年在桓州（今内蒙古锡盟正蓝旗北）东北，滦河北岸的龙岗，建立了开平府。1259年蒙哥汗去世后，忽必烈于1260年宣布即汗位，以汉制建元纪岁，定当年为中统元年，以开平为上都，燕京为中都，后改为上都（今北京）。1271年建国号大元。

忽必烈是元朝的缔造者，1276年灭南宋，从此全国统一于元朝，结束了自唐朝末年以来的分裂割据局面。

元代大一统的政权，与周边及其他地区的民族和国家在政治和经济上的往来很密切。除了与“宗藩之国”的四大汗国建立的中西亚关系外，主要的还有与朝鲜、日本、越南、柬埔寨、缅甸、泰国、菲律宾、爪哇、马来西亚、印度、孟加拉、马尔代夫等东亚、东南亚和南亚各国在经济文化交流方面非常密切。同时与欧洲、非洲通过使节和海运也形成密切关系。元代的皇宫内经常举行盛大宴会，招待在大都的外国使节和人士。

元大都（今北京）是金代都城，1264年称为中都，1267年忽必烈定都于此。1271年改中都为大都。大都营建于1267年，设计师为回回人也黑迭儿。大都有三层城郭，分外城、皇城和宫城。大都设计划线整齐，犹如棋盘。

马可波罗是著名的意大利旅行家。1271年夏天，17岁的马可波罗随父亲和叔父起程到中国，他们用了四年时间到达上都，忽必烈任命他们三人为元朝的官吏。他们在中国生活了17年，经常与忽必烈在元大都会见，受命巡视各省或出使外国，据说还当过扬州总管。

1292年他们离开中国。1295年回到家乡威尼斯。后在战争中被俘入狱，在狱中，由他口述，作家鲁思蒂谦纪录了他在中国等地的丰富见闻，这就是闻名世界的《东方闻见录》，俗称《马可波罗行纪》。在这本书的重要影响下，15世纪的哥伦布发现了西印度群岛的新大陆，对世界历史产生了重大影响。

元代，国家实现了统一，科学技术的发展达到了新的高度。元代的天文学家郭守敬，编制《授时历》，亲自创制了许多天文仪器，成为当时世界上最先进的历法和仪器。农学家王祯的《农书》兼论南北，研究农业技术和农具，这在中国农书编写史上属于第一部。

王祯还创造了木活字印刷技术，发明了转轮排字盘。黄道婆从南海学会先进棉纺织技术，加以改进后在江南传授，对我国古代纺织技术的发展做出了杰出的贡献。元代回回人也黑迭儿设计和主持元大都的建设，在建筑学方面成就颇大。元代的瓷器业较为发达，江西景德镇的白瓷、青花瓷远销国内外市场。

元代最大的水利工程是凿通南北大运河。大运河是隋炀帝时凿通的，但是迂回曲折，水陆并用，非常不便，1281年忽必烈下令，开始分段开凿新的南北大运河。

1292年，由郭守敬主持开通惠河，自昌平白浮村穿过大都，东达通州，与白河连接，这样，一条沟通南北的新的大运河完成了。忽必烈作为一代明君，关注水利工程，到大运河工程开凿工地亲临视察。

元代的水陆交通十分发达，当时从大都到全国各地都有驿站相通，一直延伸到极其边远的地方，除了运河的漕河外，开辟了从平江路（今江苏苏州）刘家港，绕过山东成山，直抵杨村码头（今河北武清县）的海运。

元代的草原丝绸远达西亚、东欧，海上丝绸之路，从泉州、宁波、上海、澉浦起始，东到高丽、日本，南到印度和南洋各国，西达中亚、波斯、斡罗斯以及阿拉伯各国、地中海东部，直到非洲东海岸。元代的航海技术很高，不仅广泛使用指南针，还掌握了航海气象等科学技术。发达的水陆交通，推动了中外经济文化的交流，促进了东西方经济文化的大融合，使元朝成为中国历史上最为发达开放的朝代。

蒙元时期，实行宗教自由政策。蒙古帝国时期以萨满教为国教，元代虽然在朝中极力推崇藏传佛教，但在蒙古社会中普遍信奉的仍然是萨满教。此外在蒙古社会中当时还有中原地区的佛教、道教，中亚各民族信奉的伊斯兰教、欧洲东传的基督教，宗教自由的政策，为蒙元时期社会发展起到了积极的作用。

元代蒙古语言文字得到发展，出现了回鹘蒙古文、八思巴蒙古文以及阿拉伯字蒙古语文献著作。元曲作为元代的文学代表形式之一，出现了五百多本杂剧，两百多位剧作家，最著名的有关汉卿、马致远、王实甫、白朴、郑光祖，关马郑白被誉为“元曲四大家”。最著名的作品有：关汉卿的《窦娥冤》、王实甫的《西厢记》、白朴的《墙头马上》、郑光祖的《倩女离魂》。

元朝中后期，蒙古统治集团内部的帝位之争愈演愈烈，宫廷、权臣出现了激烈的倾轧。 民族矛盾和社会危机全面暴露，国家财政匮乏，吏治腐败，灾祸频仍，导致了农民起义风起云涌。

1351年五月，韩山童、刘福通等人领导的红巾军起义爆发，1368年正月，起义军领袖朱元璋在应天府（江苏集庆）称帝，建国号大明。同年八月，明军大将徐达攻占大都，元惠宗妥欢帖木尔弃守大都，退向漠北，元朝至此灭亡。

元惠宗退回大漠，退居草原，史称北元。从此，蒙古族仍然在辽阔的草原上创造着自己的民族历史和民族文化，继续在草原上传唱着古老的赞歌，演绎着游牧民族美好的生活。