1261年年底，阿里不哥捲土重來，驅逐了這支駐軍，並進軍迎戰忽必烈。站在阿里不哥一邊的有窩闊台家族的首領、塔爾巴哈台的葉密立地區的統治者海都和察合台宗王阿魯忽，阿里不哥曾幫助阿魯忽從其堂兄妻、兀魯忽乃手中奪得察合台兀魯思。
由於這一支持，阿里不哥的勢力與忽必烈的勢力相匹敵，直到將近1262年年底，阿魯忽背棄阿里不哥投靠忽必烈。這一出人意料的背叛改變了形勢。最後在1264年，阿里不哥投降忽必烈。忽必烈寬恕了他，但是為謹慎起見，他把阿里不哥作為重要俘虜囚禁起來，直到1266年阿里不哥去世。
公元1271年，時機終於成熟。蒙古大汗忽必烈把原來屬西夏帝國，金帝國，宋帝國，大理帝國和蒙古本土合併成一個帝國，國號“大元”，為《易經》“大哉乾元”之意，蒙古國從此由一個少數民族建立的政權，變為中華帝國正統王朝的一個朝代。元世祖建立帝國後成為蒙古汗國唯一的宗主，建都北京，北京成為遠至多瑙河和幼發拉底河的世界之都。
忽必烈以前輩們的赫赫戰績為榮，並鑒其經驗與教訓，最終完成中國空前大統一的豐功偉業，成為中國歷史上一位享有盛名的開明君主。與祖父成吉思汗一樣，忽必烈堪稱蒙古一代偉人。但在人們的腦海中，成吉思汗幾乎成了蒙古征服者的代名詞。提起忽必烈，人們又馬上會聯想到元朝的大一統帝國。成吉思汗以征服武功震撼世界，忽必烈則以文治著稱天下。
元朝的建立是蒙古帝國各方面制度朝向漢化的重要步驟。元朝初年的經濟之所以能夠蓬勃發展，與忽必烈年輕時重視人才、聽取漢人的意見有很大的關係。元朝在這樣開明君主創建下可謂是開了一個好頭。
馬可·波羅對忽必烈也是敬仰有加。他是這樣描述忽必烈的：忽必烈中等身材，四肢勻稱，面目清秀，眼睛烏黑，顯得精明強幹。他英勇善戰，具有傑出的軍事才能，即位前是一位戰功卓著的軍事統帥。繼位後，他是有史以來臣民最多、疆域最廣、收入最豐、具有絕對權威的君主。
第二章國定大都 鑿京通運河
1264年，劉秉忠建議忽必烈定都於燕京（金中都故地，今北京地區），定燕京為“中都”，忽必烈採納劉秉忠的建議，把國都由上都開平府（在北京以北約300公里）遷於燕京的動機，其實與當年金朝完顏亮由上京會寧府遷都於燕京是頗為類同的，這其中包含了地理條件，內部奪權爭鬥，長遠規劃等一些因素。
當時，忽必烈即位為大汗，並未按蒙古慣例，經大會推舉，而是憑實力自立,這樣在程序上就違背了合法性，所以導致很多貴族不擁護他；另外，忽必烈針對漢人地區的特點，重用漢人，實行漢制，這就避免不了觸犯一些蒙古貴族頑固派的利益，所以，很多貴族反對他，甚至發動過武裝叛亂，他需要擺脫反對派的牽制；另外，燕京的地勢水土，遠勝於蒙古草原，也是重要的軍事及供給要地。