1246年，忽里台大会召开，窝阔台的儿子贵由被推举为大蒙古可汗，贵由在位三年去世，皇后海迷失主持朝政三年，拖雷长子蒙哥被推举为大蒙古可汗。由此，大蒙古国大统的继承，从窝阔台位下转入拖雷位下。
1253年，蒙哥命令皇弟旭烈兀西征报达城。在此之前，札兰丁和报达的哈里发勾结，在已被蒙古平定的波斯境内大肆进行反攻。旭烈兀这次西征，目的是彻底平定波斯动乱和伊斯兰圣地报达，重新塑造伊斯兰世界。1258年二月，旭烈兀兵团攻陷报达，西亚伊斯兰世界全部归入大蒙古国。其后，旭烈兀兵团又进攻叙利亚，对埃及发动进攻。1260年，面对埃及的顽强抵抗，旭烈兀停止了长达七年的远征，1265年，旭烈兀在九年前建立的伊尔汗国东至今印度河下游，北至咸海—里海—高加索—黑海之线，南临波斯湾与阿拉伯，西至地中海。疆域之大，实力之强，使欧洲噤若寒蝉。
蒙哥在位九年去世，其弟忽必烈在1260年继任大汗，他不但称汗，而且仿效汉人模式，十一年后又称帝，定都北京，这就是元帝国。忽必烈具有双重身份，不但是大蒙古国的大汗，还是中国的皇帝。
至此，大蒙古国的一个帝国（元帝国）和四个汗国（窝阔台汗国、察合台汗国、钦察汗国、伊尔汗国）全部到齐。
忽必烈称帝后最迫在眉睫的事就是结束长期以来的对宋战争，灭掉南宋。此事要从头说起，我们还记得1231年，拖雷兵团穿越南宋领土直奔金国邓州的事。其实，当时蒙古兵团是按照成吉思汗的遗嘱向南宋借道，可成吉思汗没有料到，南宋居然不借道，而且还把前来谈判的蒙古使者杀了。
拖雷暴跳如雷，道也不借了，命令蒙古兵团强取。远征军司令拖雷在大散关（今陕西省宝鸡市西南）轻易地撕开了一道口子顺利进入南宋，拖雷兵团在南宋境内如入无人之境，狂风扫落叶般荡平了南宋数十州，然后又顺利地离开南宋境，进入金国境内，猛攻邓州。
1233年春，蒙古人攻陷开封。金国最后一位皇帝完颜守绪跑到蔡州，窝阔台和南宋签订军事同盟，蒙古帝国要求南宋供应蒙古军队粮草，并且出兵，双方共同攻陷蔡州，事成之后，两国以淮河为界。
1234年，金国灭亡。蒙古人正在专心致志地打扫战场，南宋突然集结二十万大军向三京（东京开封、西京洛阳、南京商丘）里的蒙古人发动攻击。注意，这三处都在淮河以北黄河以南，按宋蒙当初的约定，淮河以北的地方都是蒙古人的，跟你南宋一毛钱关系都没有。也就是说，这是赤裸裸的叛盟和侵略。
进展非常顺利，1234年阴历八月，南宋军队光复三京，京城临安（今浙江杭州）方面还未来得及摆庆功宴，蒙古人已发动反攻，南宋二十万军队几乎同时在三京崩溃，溃退到淮河南岸后，足足损失了一半士兵。
南宋这次突然叛盟激怒了蒙古人，而那不堪一击的战斗力又使蒙古人向其发出灭亡通知书。从1235年开始，蒙古帝国的一部分兵团沿着南宋边境，持续不断地发动攻击，让南宋吃不香睡不着。
1253年，蒙古帝国剑走偏锋，绕过南宋，深入万山丛中的云南地区，灭掉大理王国，随后又使安南王国臣服。1258年，蒙古帝国分三路进攻南宋。1259年，其中一路的忽必烈强渡长江，抵达鄂州（今湖北武汉）城下，百道攻城，鄂州城马上就要陷落，突然合州战场传来大汗蒙哥去世的消息。忽必烈大吃一惊的嘴还未来得及合上，又传来消息说，他的兄弟阿里不哥正在蒙古本部举行大汗上任典礼。
忽必烈认为自己比阿里不哥更有资本担任大汗，于是放掉鄂州，掉转马头回蒙古帝国本部和兄弟“相煎”去了。经过四年血流成河的内战，1264年，忽必烈以压倒性的优势胜出。1269年，忽必烈对南宋全面宣战。1274年，蒙古远征军司令伯颜攻陷鄂州，顺长江东下，陷安庆，在芜湖江面击溃了南宋军队的最后一道防线。现在，蒙古军队可以大摇大摆地去临安了。南宋急忙求和，伯颜按忽必烈的指示同意了。忽必烈的本意没打算灭南宋，而是希望南宋和安南一样，做元帝国的卫星国。
但是，南宋自己送死。伯颜派去杭州的谈判使者在半路上突然被一名南宋爱国将领处决，伯颜听到这个消息，气得马上变成了一个炮仗。南宋中央政府慌忙派人去向伯颜赔罪，并且发誓要严惩凶手。伯颜压制自己不要爆炸，第二次派出使者。想不到南宋的爱国人士太多了，第二个使者走到半路时，又被杀掉。
伯颜气得哇哇怪叫，命令军队进攻临安，在强大的蒙古兵团面前，柔弱的临安没有别的出路，只能陷落。南宋中央高层对伯颜的暴怒很不理解，认为伯颜没有诚意，如果真有诚意，死掉两个使者，还可以再派嘛。
他们不明白的是，是他们亲手制造了伯颜这个炮仗，你制了个炮仗，还点了两把火，却不想让它爆，这对炮仗太不公平了。
1279年，南宋软弱无力的流亡政府在崖山被蒙古兵团彻底摧毁，南宋正式灭亡。
从1234年宋蒙交火到1279年南宋流亡政府灭亡，前后历经35年。在这35年时间中，大蒙古国被两次西征分散了兵力，直到忽必烈称汗后，才真正把所有兵力用在了宋蒙战场。
南宋的灭亡，标志着元帝国统一中国。大半个世界被蒙古人重新塑造了一遍，但疯魔一样的征伐狂仍未消失。
早在1274年，忽必烈就向日本派过使者，要他们称臣纳贡。日本人没有理他，于是这年年末，他命令兵团东去，征讨日本。蒙古兵团在博多湾击败了日本的九州部队，正要乘胜进击时，遇到飓风，损失一半兵力，狼狈撤回。
忽必烈虽然吃了败仗，可仍旧派了使者到日本，要他们俯首。日本人怒不可遏，斩杀蒙古使者。1281年，在作了多年准备后，忽必烈集结汉人、朝鲜人兵力二十万，下令二次征日。让人惊骇的是，飓风重新又来，把停泊在海边的蒙古战舰全部摧毁，蒙古人这次几乎全军覆没，再次狼狈而回。日本人后来称这两次飓风为神风，二战时期日本勇往直前不顾生死的“神风敢死队”，精神支柱就在此。
