忽必烈刚刚当选蒙古帝国大汗，便遭遇极为凶险的局势。大蒙古国分裂出去四个独立的汗国。
其中窝阔台汗国（1251年-1309年）由窝阔台的后人建立，存在不足六十年。其疆域主要包括额尔齐斯河上游和巴尔喀什湖以东地区，建都也迷里城（今新疆额敏县境内）。
察合台汗国则在成吉思汗次子察合台封地的基础上成立，鼎盛时期疆域东至新疆吐鲁番、罗布泊，西及阿母河，北到塔尔巴哈台山，南越兴都库什山，都城设于阿里麻力（今新疆霍城东北）附近的虎牙思。
伊利汗国（1256年－1355年）由忽必烈的弟弟旭烈兀建立，国都为大不里士（今伊朗境内），奉蒙古大汗为宗主，属于元朝的西北重藩。公元1355年灭于钦察汗国之手。伊利汗国在西亚地区，上承阿拉伯帝国、花剌子模帝国，下启奥斯曼帝国，在世界史和中国史上占有十分重要的地位。
钦察汗国（1219年-1502年）又被称为金帐汗国，由术赤的后人在术赤封地上建立，都城设在萨莱（今俄罗斯境内）。钦察汗国分崩离析后，逐渐形成了哈萨克、塔塔尔等民族。
就在忽必烈与与阿里不哥兄弟阋墙的时候，汉人官员、益都行省（今山东青州市）李璮趁机起兵叛乱，被迅速镇压。这次看似不起眼的叛乱，引起了忽必烈对汉人的猜忌，决定性地影响了此后元朝政府对汉人的态度。
平定叛乱后，忽必烈一方面加强中央集权，一方面废除汉人的世袭制，收回汉人军将兵权，并在各级地方政府起用色目人以牵制汉人权力。
公元1264年，忽必烈取《易经》“至哉坤元”之义，改元“至元”。公元1271年，他又取“大哉乾元”之义改国号“大元”，由大蒙古国可汗变身为元朝皇帝。
就在这一年，一个名叫马可·波罗（约1254年—1324年）的意大利少年，与其父亲乘船从意大利威尼斯出发，经由地中海、黑海和波斯，越过广阔荒凉的伊朗沙漠，跨过险峻寒冷的帕米尔高原，一路跋山涉水，向遥远而神秘的东方国度出发。公元1275年夏天，他终于抵达元朝上都开平府，并立刻被这美丽繁华、辽阔富裕的国度征服。
马可·波罗很快学会了蒙古语和汉语，并在朝廷当官，穿上了尊贵的银印朱绂。他在中国居住十七年之久，走遍了中国的山山水水。中国山河越壮丽，他越发想念自己远隔重洋的家乡意大利。
1292年春，马可·波罗受元朝皇帝忽必烈的委托，护送一位蒙古族公主到波斯和亲，在完成使命后顺道返回故乡威尼斯。
马可·波罗回归后，参加了威尼斯与热那亚的战争，被俘虏。所幸出征虽然凶险，结果还算幸运。他在狱中遇到了作家鲁斯蒂谦，于是经他口述，由鲁斯蒂谦整理出了着名的《马可·波罗游记》，又名《东方见闻录》。