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。