开庆元年（公元1259年）底到中统元年六月，忽必烈取得了陕川的胜利，使阿里不哥失去了西线的优势。

    中统二年秋，阿里不哥伪装率众归降，对忽必烈的先锋移相哥发动了突然袭击。移相哥因丧失警惕，被打得溃不成军。阿里不哥挥师南下，矛头直指忽必烈的漠南驻地。忽必烈闻报大惊，急率军返南。十一月，双方大战于昔木土脑儿，阿里不哥大败北遁，部将多归降忽必烈。

    阿里不哥派到察合台的阿鲁忽在这里征集了大量牧畜、兵械、财货，闻阿里不哥败讯，又背叛了他，把财富据为己有，并拒命杀了阿里不哥的使臣。阿里不哥盛怒之下发动了对阿鲁忽的战争，大肆屠杀阿鲁忽的无辜兵民，使许多将领为之心寒而纷纷离去。中统三年间，阿鲁忽宣布倒向忽必烈。这时，忽必烈已得到了旭烈兀、别儿哥的支持。而阿里不哥的支持者、诸王昔里吉和玉龙答夫也相继转向忽必烈。阿里不哥众叛亲离，至元元年（公元1246年）七月，不得已归降了忽必烈。

    至元元年八月，忽必烈迁都燕京，改燕京为中都（至元九年，改中都为大都），把中央政权机构设于此地。这一举动一方面是为了避开叛乱诸王的威胁，立足于人力、物力俱丰的中原地区，以驾驭幅员辽阔的大蒙古国；另一方面，显露了忽必烈在取得蒙古大汗地位之后，意欲灭掉南宋，一统天下的雄心壮志。至元八年十一月，忽必烈宣布将“大蒙古”国号改为“大元”，以一个新朝雄主的姿态登上了历史舞台。

    在即位的最初几年里，忽必烈致力于巩固汗位，对南宋只求维持现状。中统元年（公元1260年）四月，他派郝经为国信使到南宋宣告自己即位的消息，并商谈履行与贾似道达成的协议。但是，贾似道害怕郝经抵达朝廷会败露其屈辱投降的议和条约，便把郝经拘留在真州（今江苏仪征）。忽必烈得不到回音，便派使者寻找郝经，但没有什么结果。至元四年，忽必烈在巩固了自己的地位、做了长期备战之后，便以宋廷拘囚郝经为借口，举兵南下伐宋。

    至元四年十一月，南宋降将刘整向忽必烈献策说：“攻宋方略，应当是先图襄阳。如能得手，便可由汉水入长江，一举扫平南宋。”忽必烈采纳了他的建议。从至元五年起，忽必烈派阿术、刘整等进攻襄阳，至元九年正月，攻克襄阳。

    元军占领襄阳之后，就等于一脚踢开了南宋的大门，南宋王朝的灭亡无可挽回了。至元十年六月，元世祖忽必烈发布伐宋诏书，命左丞相伯颜统帅20万大军，水陆并进。伯颜分兵两路：一路进犯淮西淮东，指向杨州；一路由他率领，沿汉水入长江，沿江南下，直趋临安。十二月，伯颜等在青山矶渡江，取得了阳罗堡战役的胜利，接着，先上溯攻占了汉是、鄂州，控制了中游形势，遂顺江东下。至元十一年初，元军节节推进。此时，南宋王朝内一片混乱。至元十一年七月，宋度宗已死，由4岁幼子赵显继位。十二月，鄂州失陷的消息传来，朝野舆论大哗。至元十二年正月，伯颜率军进驻临安东北的险地皋亭山，阿剌罕、董文炳也赶来会合。宋帝无可奈何，遣使上表投降。五月，宋帝被送到上都，忽必烈召见后，废去帝号，封为瀛国公。

    此后，宋裔益王赵显、广王赵昺在陆秀夫、张切杰、文天祥、陈宜中等人的扶助下，在东南沿海一带又转战了数年，力图恢复。但是，面对强大的蒙古铁骑，只能一败再败。至元十五年十二月，文天祥在五坡岭（今广东海丰）被捕，在招降书上愤然写下了“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”的不朽诗句。至元十六年二月，南宋的最后据点崖山被攻破，陆秀夫不甘受辱，抱着年仅9岁的小皇帝赵昺投海而死。南宋灭亡，全国统一于元。

    三、承宗改制穷兵黩武

    中统六年（公元1260年）四月，忽必烈登上了帝位，是为元世