開平定鼎即汗位 削平叛逆
蒙哥汗1259年在南征時的猝然去世，對於南宋而言是獲得了短暫的喘息時間。因為彼時兀良哈台已從南邊攻打廣西南寧、桂林，劍指潭州（今長沙），忽必烈則圍攻湖北鄂州（今武昌），蒙哥則在四川一路高奏凱歌，南宋已處於北、西、南三面同時面臨進攻的局面。南宋朝廷極為恐慌，當時的丞相丁大全隱匿戰情，引發不滿，宋理宗將其罷免，並急拜賈似道為右丞相兼樞密使，率軍前往鄂州迎敵。
當賈似道看到蒙古大軍兵強將勇，以為鄂州難以守住，就背著朝廷，偷偷派人去與忽必烈求和。其後，身為江淮荊湖經略使的趙璧在三千兵卒護送下，進入鄂州城與南宋官員議和。賈似道卻藉口有足疾不肯出見，乃約再議而還。
蒙哥汗去世後，西、南兩路軍撤離，護送蒙哥靈柩北返，而在北邊的忽必烈在獲知元睿宗拖雷的第九子末哥送來的蒙哥的死訊並請他北歸參與忽里勒台大會以爭取汗位繼承權後，最初認為自己是奉命南征，「豈可無功而返」。於是依舊下令發起進攻，多次獲勝，但在攻打鄂州時卻受阻。在鄂州之戰中，宋蒙兩軍展開數月激烈戰鬥，雙方「死亡枕籍（意思是死者縱橫相枕而臥）」。
在戰事膠著的情況下，忽必烈的正妻察必又派人將開平的周邊動向告知忽必烈，催他北還。忽必烈於是召諸將和謀士商議。
郝經上《班師議》，陳述必須立即退兵的理由。理由有五：
一、此次南征本不應該。蒙古帝國自平金以來，只務進取，不蓄精養銳以待時機，以致用兵日久，費財巨大，且終無成效。蒙哥汗即位後，本應休養生息，但卻忽然大舉用兵。如今蒙哥汗駕崩，理應與宋議和，回歸京師，處理皇位繼承大事，若仍舊進軍，這是不當進而速進。
二、滅宋時機還不到。如果達不到滅宋目的，則應知難而退，否則徘徊於江邊，耽誤時日，暴露出蒙軍的弱點。等到冬春之交，一旦瘟疫流行，那時恐怕想回師也不可能了。
三、宋朝知蒙古國內政局不穩，因此鬥志倍增，其積極備戰，大軍雲集，且還有良將。
四、忽必烈也有北歸之意。渡江又不想直趨臨安，認為「臨安人口稠密，若至臨安，雖不殺人，人民也受踐踏，於心不忍。若天與我，不必殺人；若天不與，殺人何益」。然為今事急，不可不做決斷。
五、蒙古國內局勢緊張，塔察兒國王和李璮還有興兵作亂的可能。忽必烈雖素有重望，且握重兵，但若阿里不哥聲稱受先帝遺詔，登基正位，下詔中原，行赦江北，那時再欲歸京師而不可能了。
郝經還建議派遣一路人馬迎接蒙哥大汗的靈柩，收取大汗玉璽，再遣使召集旭烈兀、阿里不哥、末哥及諸王在和林治喪。
此外，廉希憲也力勸忽必烈立即還朝繼承汗位，以安天下。他還分析了當下的形勢，並親自前去說服諸王之一的塔察兒擁立忽必烈即汗位。塔察兒是成吉思汗弟弟鐵木哥斡赤斤的兒子，在東道諸王中具有舉足輕重的地位。
在戰事膠著的情況下，忽必烈的正妻察必又派人將開平的周邊動向告知忽必烈，催他北還。示意圖。(shutterstock)
郝經和廉希憲的分析讓忽必烈更加看清了形勢，堅定了忽必烈退兵北返的決心。不過，在暗中準備北撤時，忽必烈卻擺出重兵南下直取南宋都城臨安的架勢，賈似道馬上再派使者請和，表示南宋願意稱臣，並且答應送歲幣二十萬兩銀和絹二十萬匹，以長江作為兩個帝國的共同邊界線。這正中忽必烈下懷，他答應了和議條件，隨即撤兵北返，只留下張節、閻旺的一支五千人軍隊迎候圍攻長沙的兀良合台大軍。
聽說忽必烈派軍來迎，兀良合台大軍遂轉奔湖北，張節、閻旺在長江上設浮橋迎接，兩軍合兵北返。而賈似道再次違反約定，趁蒙古大軍撤退時進攻，殺死了殿後的一百多名蒙古軍人。賈似道故意把這場小規模進攻吹噓為巨大的勝利，卻不說蒙古軍撤退的真正原因。他在奏章中寫道：「諸路大捷，鄂圍始解，匯漢肅清。宗社危而復安，實萬世無疆之福。」宋理宗信以為真，不僅對他大加讚揚，還大加封賞。此後，賈似道專擅朝政十幾年。
開平即大汗位
忽必烈北返抵達燕京後，馬上解散了聽命阿里不哥的脫裡赤徵召的軍隊，「民心大悅」，並控制了開平至燕京一帶。駐紮在燕京近郊期間，忽必烈與諸王展開聯絡，商討在1260年春天召開忽里勒台大會。
1260年春三月，忽必烈來到開平府，召開了忽里勒台大會，末哥、哈丹、阿只吉、塔察兒、也先哥、忽剌忽兒等諸王四十多人偕文武大臣擁立忽必烈即汗位。三月二十四日（1260年5月5日）忽必烈即蒙古帝國大汗位。四月四日（公曆5月15日）發布繼位詔書。這一年忽必烈四十五歲。
即大汗位後，忽必烈命釋子聰（劉秉忠）等人制定官職及各種制度，確定在中央設中書省等部門，任命王文統為中書省平章政事、張文謙為左丞相，任命八春、廉希憲、商挺為陝西四川等路宣撫使，趙良弼參議司事，粘合南合、張啟元為西京等處宣撫使。還遣使與宋議和，詔令南伐諸軍北歸。
1260年（中統元年）五月十九日，忽必烈發布《中統建元詔》，正式建年號「中統」，而這也是仿照漢制。詔書中鼓勵大臣上諫言，即便建議不被採納也不會被怪罪，如被採納將予以獎勵，「以旌忠直」。對於死傷軍兵，要予以撫恤。針對被判死刑者，也要反覆審核。
隨即，忽必烈將漢地分為十道，又任命了十路宣撫司，其中金蓮川幕府的張德輝為平陽太原路宣撫使、姚樞為東平路宣撫使、張文謙為大名彰德等路宣撫使、廉希憲為京兆等路宣撫使、徐世隆為燕京副宣撫使。任命李璮為江淮大都督，立行中書省於燕京，行六部，禡禡（mà）為中書丞相，王文統、趙壁為平章政事，張易為參知政事，王鄂為翰林學士承旨兼修國史等等。在金蓮川幕府諸多人才的助力下，忽必烈統治的中原地區有條不紊地運作著。
初勝阿里不哥
在忽必烈即大汗位後，爭取到蒙哥汗皇后忽都台、蒙哥汗之子玉龍答失、阿速歹等蒙古諸王、貴族、大臣支持的阿里不哥，也匆忙於四月在和林召開另一個忽里勒台大會，宣布自己為新的蒙古大汗。一個帝國出現兩位大汗，無疑預示著分裂和戰爭。
為了不使蒙古帝國陷入混亂，忽必烈一面派使者西行，爭取旭烈兀和別兒哥的支持，一方面一再派出使者北行，希望說服阿里不哥。
阿里不哥不肯讓步，在雙方商議無果後，他將忽必烈派去的一百名使者和兩位宗王殺死，然後，派遣兩路大軍南下。東路由旭烈兀的兒子主木忽兒、朮赤的孫子合剌察兒率領，進軍開平、燕京等地。西路由阿藍答兒率領，進入河西走廊，意圖與駐紮在六盤山的蒙哥攻宋主力、現由大將渾都海與哈剌不花掌控的軍隊會合，同時聯絡京兆的劉太平、霍魯海等人，準備共同起事。
忽必烈聽聞阿里不哥出兵，除了大赦天下，還下詔說，同胞兄弟之間出現權力爭奪是他沒有想到的，考慮到弟弟年幼，應是被讒言蒙蔽至此，自己顧念父子兄弟之親、宗廟社稷之重，幾次遣使曉諭，但怎料反叛者不聽。因此重燃戰火絕非本意，內心深感不安。他並表示，待內亂平定，「式續成康之治」。
成康之治（約公元前1043年—約公元前996年）是指西周初周成王、周康王的治世。在那段時間裡，國泰民安，刑具四十年不需使用。忽必烈在詔書中做出如此承諾，亦表明其希望在自己治下迎來一個清明社會的雄心。
為了迎來一個清明的社會，忽必烈必須解決與阿里不哥的汗位之爭。顯然，在與阿里不哥的對決中，忽必烈在才智、胸襟、謀略、人員和糧草、財力等方面更勝一籌，而阿里不哥的視野相對狹隘。
早在忽必烈即汗位當天，他就任命了三名總管漢地財賦行政的負責官員，他們是趙璧、禡禡和董文炳。趙璧在蒙哥初年已經擔任過此職，所以得心應手，史書說他「經畫饋運，相繼不絕」；「手校簿書，得豪貴侵盜逋負錢數萬計，乘輿北征，民不擾而軍用足」。這說明他這個供給北邊用兵的後勤保障官非常稱職。
此外，早在北返途中，忽必烈在謀士的建議下，對於秦蜀隴地區可能遭到的進攻早有防範。其後，他委任的京兆宣撫使廉希憲和參議趙良弼到達關中後，很快穩定了形勢，先是捕殺了謀反的劉太平、霍魯海等人，隨後在與渾都海和阿藍答兒部的正面交鋒中，將二人殺死，阿里不哥企圖占據關中的計劃落空。
另一方面，忽必烈親率人馬迎擊阿里不哥的東路軍，並很快將其擊潰。阿里不哥難以繼續留在和林，只好退到由他繼承的拖雷封地吉裡吉思（今葉尼塞河中上游）。
1260年冬天，忽必烈順利進入和林。或許是因為和林城過於破敗，忽必烈並沒有在此停留過久，而是前往南邊的汪吉河（今翁金河）冬營地，進行短暫休整。
1260年冬天，前往和林南邊的汪吉河（今翁金河）冬營地進行短暫休整。(shutterstock)
在與阿里不哥打仗的同時，忽必烈還儘量爭取更多的支持，尤其是旭烈兀、別兒哥和察合台汗國的支持。當時，西征的旭烈兀在東返途中得到忽必烈和阿里不哥爭位的消息，遂留在西亞，建立了伊兒汗國，忽必烈後封他為「伊兒汗」，視野開闊的他亦支持忽必烈繼承大汗位，而忽必烈則同意將阿母河以西至埃及邊境的波斯國土和該地蒙古、大食軍民交給他統治。
不過，欽察汗國的別兒哥一直保持中立，表示不介入這場汗位之爭。而察合台汗國的可汗、察合台的孫子哈剌旭烈與蒙哥親善，但他已去世，封地由其妻兀魯忽乃攝政，兀魯忽乃支持阿里不哥。由於忽必烈封鎖了察合台汗國與阿里不哥間的交通往來，兀魯忽乃無法為阿里不哥提供物資。
在物資供應困難的情況下，阿里不哥派跟隨他的察合台的另一個孫子阿魯忽回去察合台汗國主掌國事，並與他約定為自己提供武器和糧食，防範旭烈兀和別兒哥對忽必烈的支持。
此時的形勢對於阿里不哥而言相當不利。擔心忽必烈追擊自己的阿里不哥遂派遣使者向忽必烈請求寬宥，並稱等秋高馬肥之時就前去請罪。他還表示願意約伯勒克、旭烈兀、阿魯忽三王一同入朝覲見，共同解決汗位繼承之事。
忽必烈不疑有詐，馬上表示同意，說「我信弟言，願弟於三王到達以前，先圖一晤」。遂留成吉思汗弟弟哈撒兒的兒子也孫哥鎮守漠北等候阿里不哥，自己則冒著嚴寒返回開平，處理國事。
阿里不哥臣服
得到忽必烈信任的阿里不哥，遂在吉裡吉思修整。事實上，向忽必烈請求寬宥只是他的緩兵之計。在修整了一個冬春後，1261年秋天，在自己的軍隊兵強馬壯、援軍到達後，阿里不哥違背承諾，再次向忽必烈發起進攻。他先向駐守在和林的也孫哥偽稱率眾來歸，也孫哥深信不疑，表示歡迎，而阿里不哥趁其不備，發動突然襲擊，並將其打敗，占領和林。隨後，阿里不哥率領大軍南下，直指忽必烈的開平府。
忽必烈聽聞阿里不哥假裝歸順、占領和林的消息後，親率諸路漢軍與蒙古諸王所轄部隊北上迎戰。雙方在昔木土腦兒（今蒙古蘇赫巴托南部）相遇，忽必烈大軍大敗阿里不哥右翼軍，待蒙哥之子阿速台率領的後繼部隊趕到，阿里不哥回軍再戰，兩軍鏖戰至夜仍不分勝負，遂鳴金收兵，暫時返回各自營地。此後直到冬季，雙方相峙於大磧南緣。
此時，回到察合台汗國並取得權力的阿魯忽因不滿阿里不哥多次向其徵兵徵糧，拒絕再向他提供給養。由於給養越來越困難，阿里不哥沒辦法，直接派人去察合台汗國境內徵集牲畜、馬匹和武器。阿魯忽聽說後大怒，下令奪走了那批財物，並率兵到忽只兒之地，殺死了使臣，公開與阿里不哥決裂，並轉而承認忽必烈為大汗。忽必烈後同意將阿爾泰山至阿姆河之間的土地歸阿魯忽所有，阿魯忽十分高興。
阿里不哥聞聽阿魯忽背叛了自己，大為震怒，不顧與忽必烈大軍對峙的形勢，於1262年春決意攻打阿魯忽，並放棄了和林。和林守軍歸降忽必烈，忽必烈採取安撫政策，並承諾免其今年賦稅。忽必烈本想派兵追擊阿里不哥，但因為得知江淮大都督李璮在山東叛亂，殺死大部蒙古軍，以地歸宋，遂率軍返回漠南。
返回後，忽必烈命異母兄弟哈必赤、丞相史天澤率兵圍攻李璮。李璮固守濟南城，四個月後，糧盡的濟南城被攻破，李璮手刃妻妾後，乘船進入大明湖，欲投水自盡。因水淺沒有成功，為蒙古軍俘獲，之後被殺。而前來增援的宋軍雖然到了山東，但因為不敢冒進而還。
再看阿里不哥。起初，攻打阿魯忽的阿里不哥兵敗，大將哈刺不花戰死，隨後，趁著阿魯忽輕敵，阿里不哥大敗阿魯忽，占據了察合台汗國的都城阿力麻裡。阿魯忽先是逃到兀丹（今新疆和田），後敗走至撒馬爾干（今烏茲別克撒馬爾罕）。
阿里不哥雖然取得了勝利，但他肆無忌憚地殺死阿魯忽部眾、戕害凌辱蒙古同胞的暴虐之舉，引起了其手下大臣和軍士的憤怒，他們紛紛找藉口離開他，如旭烈兀的兒子主木忽兒、蒙哥的兒子昔裡吉都選擇了離開。
1264年，阿力麻裡發生了饑荒，死者無計，但阿里不哥並不作為，反而繼續尋歡作樂。一天他正在縱情飲酒時，大帳突然被一陣狂風撕破，支柱被折斷，造成多人受傷，人們將這視為不祥之兆。自此軍心愈加渙散，更多人離去。
此時，眾叛親離的阿里不哥不僅面臨著缺糧的危機，還要擔心阿魯忽捲土重來。於是他派人將阿魯忽的妃子送還給阿魯忽，尋求和解。
又過了一段時間，實在支撐不下去的阿里不哥帶著殘兵敗將歸降於忽必烈。長達四年多的汗位之爭至此結束。
史載，阿里不哥進大帳覲見忽必烈前，依照蒙古習俗，人以帳簾覆其首，跪拜請罪。進入大帳後，忽必烈看著他先是無語，見阿里不哥哭，自己也哭了起來。過了一會兒，忽必烈問道：「若照常理而言，你我兄弟二人究竟誰應該繼承大位？」阿里不哥答道：「昔日應該是我，今日是你。」阿里不哥的意思是因為蒙古有幼子繼承家庭財產的習慣，因此認為大汗之位也應該由他來繼承，所以他爭汗位並沒有錯，但實際上，並沒有幼子繼承汗位這一說法，而且他們的父親拖雷也不曾繼承汗位。是以不論從長幼有序還是才智這方面而言，忽必烈繼承汗位更名正言順。
由於阿里不哥、阿速台等諸王都是成吉思汗的後裔，屬於黃金家族成員，忽必烈沒有問罪於他們，而是將其釋放，並告知了旭烈兀、別兒哥等諸王，得到了他們的認同。不過，阿里不哥身邊的一些謀臣被處死。1266年，憂鬱成疾的阿里不哥去世。
登汗位初仿漢制 建立元朝
阿里不哥臣服後，忽必烈實際管轄的政治版圖已然包括中原地區（位於長城以南、秦嶺淮河以北）、東北地區（包括整個黑龍江流域）、朝鮮半島北部、漠南漠北蒙古草原全境（內蒙古和外蒙古地區）及西伯利亞南部地區、西域大部分地區（今新疆東部和南部）、吐蕃地區（包括今青海、西藏、四川西部等地）以及雲南地區等地。如何治理這些地區，是忽必烈面臨的又一大問題。
前文已經講過，少年忽必烈就非同一般，心懷大志。二十多歲時忽必烈曾向海雲法師詢問「佛法中是否有安天下之法」，海雲建議他「求大賢碩儒，問以古今治亂興亡之事」。此後，忽必烈通過徵召漢儒、通過與他們的交談、通過他們對儒家經典的講述，發現儒家文化博大精深，不僅包括為人之道、處世之方和如何處理各種人際關係，而且還涵蓋為君之道、治國之法等等。
即位詔書透端倪
深受儒家思想影響的忽必烈，在1260年即大汗位開始，就在王鶚起草的即位詔書中表明了他將致力於文治、效仿漢法的想法。
在詔書中，忽必烈仿照漢地習慣，自稱為「朕」，稱他的哥哥蒙哥汗為「先皇」。詔書中先是稱「朕惟祖宗肇造區宇，奄有四方，武功迭興，文治多闕，五十餘年於此矣」，即指出自成吉思汗以來武功卓絕，但馬上得天下，卻不可以馬上治天下，對於幾十年來缺少的文治，忽必烈表示自己將致力於此，但他也明白，「時有先後，事有緩急，天下大業，非一聖一朝所能兼備也。」
隨後，忽必烈在詔書中說了群臣擁戴和自己即位的原因，並說自己「雖在征伐之間，每存仁愛之念，博施濟眾，實可為天下主。天道助順，人謀與能」。他還申明「祖述變通，正在今日，雖承平未易遽臻，而饑渴所當先務」，即改革就在今日起，要適應中原百姓的實際需要，建立適應新形勢的制度，而當前最迫切的問題是解決老百姓的「饑渴」即溫飽問題。
在詔書中，忽必烈最後說自己「欽應上天之命，勛親斯托，敢忘列祖之規？」希望「遠近宗族、中外文武，同心協力」。
元世祖忽必烈在庚申年（1260年）黃曆四月發布漢文《皇帝登寶位詔》，在即位詔書中，忽必烈自稱為「朕」，稱他的哥哥大蒙古國第四任大汗蒙哥為「先皇」。此即位詔書節選自元英宗時期元朝官修政書《大元聖政國朝典章》（簡稱《元典章》），台北國立故宮博物院藏元刊本之影印本。（公有領域）
無疑，對於剛剛繼承汗位的忽必烈來說，對於其治下的蒙古帝國疆域採取不同以往的統治方式，就是一場大變革。而忽必烈金蓮川時的謀士、翰林侍讀學士郝經與忽必烈的致力於文治、將目光轉向漢人的統治制度的想法是一致的。
郝經就認為採用漢法是必走之路，他在忽必烈即汗位後上書建議忽必烈「為人之所不能為，立人之所不能立，變人之所不能變」，他認為「綱紀禮義者，天下之元氣也；文物典章者，天下之命脈也」。如何做君王呢？他列舉了漢代以來的明君皆「有功於天下甚大，有德於生民甚厚」，而天下人知「有君臣父子夫婦昆弟，人倫不至於大亂，綱紀禮義、典章文物不至於大壞」，正是明君治理的結果。忽必烈當下之計，應「大為振澡，與天下更始」，「奮揚乾綱，應天革命」。郝經還以北魏孝文帝、金世宗為例，來說明他們之所以能確立中原統治，就是他們以漢法為政，其結果是「天下晏然，法制修明，風俗完厚」。
郝經上書中提到的漢法，指的是「援唐、宋之故典，參遼、金之遺制，設官分職，立政安民，成一王法」，而對於蒙古「國朝之成法」，有益部分也應該保留。
此外，釋子聰（劉秉忠）也按照忽必烈的要求，參考中原各代王朝古制，加以篩選，把適宜蒙古之法逐一陳列，以備世祖參考。因此時釋子聰仍是一副僧人裝扮，不合時宜，忽必烈遂拜其為光祿大夫，位至太保，並賜子聰府第厚爵，把翰林侍讀學士竇默之女嫁給他，並賜下新名「劉秉忠」。
釋子聰想到「既天生萬物，自隨分，有安排」，於是坦然接受王命。此後凡選拔人才、定都北京、擬定國號、制定禮儀典章等諸項大事，他均親自參與、制定。他以天下為己任，事無鉅細，凡有關國家大體之事，向來知無不言。當時有人稱他是「易地諸葛，彌天道安」。
仿中原王朝定年號國號 元朝建立
忽必烈推漢法的重要一步是其開始採用年號紀年。蒙古最初紀年並不使用年號，成吉思汗時採用十二生肖紀年，如鼠兒年、羊兒年等。1260年忽必烈即汗位後，學習中原王朝慣常的年號紀年方法，於五月發布《中統建元詔》，正式建年號「中統」。
詔書中明確說要「稽列聖（指蒙古歷代大汗）之洪規，講前代（漢族王朝）之定製」，與即位詔書中所言的「祖述變通」一脈相承。詔書中還說：「建元表歲，示人君萬世之傳，紀時書王，見天下一家之義，法《春秋》之正始，體大《易》之乾元。」1260年被稱為「中統元年」。
同年十二月，忽必烈再發詔書，宣布他要「鼎新革故，務一萬方」，再次表明他推行漢化改革的決心。
1264年八月，忽必烈發布《至元改元詔》，取《易經‧坤卦》「至哉坤元，萬物資生，乃順承天」之義，改「中統五年」為「至元元年」，並因改元大赦天下。
1271年（至元八年），忽必烈採納劉秉忠的建議，取《易經》「大哉乾元」之義，將國號由「大蒙古國」改為「大元」，「大元」暗含大的源頭「天」，表示國家極其廣大，亦表明自己受命於天，「大元」國號正式出現，忽必烈也從大蒙古國合罕變為大元王朝首位皇帝，忽必烈為元世祖。
忽必烈在《建國號詔》中說：「誕膺景命，奄四海以宅尊；必有美名，紹百王而紀統。肇從隆古，匪獨我家。且唐之為言盪也，堯以之而著稱；虞之為言樂也，舜因之而作號。馴至禹興而湯造，互名夏大以殷中。世降以還，事殊非古。雖乘時而有國，不以利而制稱。為秦為漢者，著從初起之地名；曰隋曰唐者，因即所封之爵邑。是皆徇百姓見聞之狃習，要一時經制之權宜，概以至公，不無少貶。」
這無疑表明，忽必烈認為自己是中國歷代王朝的正統繼承者，而「蒙古」的稱謂是「一時經制之權宜」，並不完善，而用「大元」之名，是「奄四海以尊」，「紹百王而紀統」。這樣的認知也在為忽必烈一統天下做鋪墊。
對於忽必烈開創元朝，歷史上早有預言。在北宋邵雍的《梅花詩》第三節則講到：「天地相乘數一原，忽逢甲子又興元。年華二八乾坤改，看盡殘花總不言」，「天地相乘數一原」意為天干地支相乘的年代又回到開頭，就是新一王朝的氣數起始之時，意為元朝國號取自《易經》的「大哉乾元」，本身包含的寓意就是「萬物資始乃統天」的氣象。在「忽逢甲子又興元」中，「忽」字隱喻元世祖忽必烈，「興元」指元朝興起。
在仿照中原王朝建立年號和國號前後，忽必烈還將都城從和林遷到了漢地。1263年五月，忽必烈升開平為上都，作為駐夏之所。第二年，忽必烈下詔將燕京改名為中都，做建都的準備。1272年二月，忽必烈依舊採取劉秉忠的建議，改中都為大都，宣布在此建都。
仿中原王朝確立行政機構
除了仿照中原王朝建立年號和國號外，忽必烈在沿用蒙古原有的統治機構還是參照中原王朝確立新的行政機構之間，選擇了後者。此前的蒙古帝國，從成吉思汗到蒙哥時期，掌握國家最高行政機構的長官被稱為「大斷事官」，相當於中原王朝的宰相。此外，大汗的怯薛組織還設有必闍（dū）赤，掌管大汗詔令和其它宮廷文書事務，其重要性隨著蒙古疆域的擴大而越來越重要，並逐漸參政，稱為輔相之臣。
窩闊台時期，在漢化的大臣耶律楚材的建議下，窩闊台曾仿照中原官制，將必闍赤改稱為「中書省」，任命必闍赤耶律楚材、粘合重山、鎮海三人為中書令和中書左、右丞相，但這並非是蒙古中央機構的定製。
忽必烈即位之初，面對行政機構的混亂局面，讓劉秉忠、許衡等人「酌古今之宜，定內外之官」。他們在權衡唐宋的機構、制度和仿照中原王朝的金制後，建議忽必烈採用簡要、實用的金制，即在中央設中書省掌管行政、設樞密院掌管軍事、御史台掌管監察，作為中央政府主要的行政機構。忽必烈欣然接受。
劉秉忠、許衡等人在權衡唐宋的機構、制度和仿照中原王朝的金制後，建議忽必烈採用簡要、實用的金制。圖為清 陳士倌《聖帝明王善端錄（宋元明）．元世祖》。（國立故宮博物院提供）
1260年四月，中書省正式建立，其最高長官為中書令，由皇太子兼任，未立太子時空缺。真金被立為太子前就領中書省事務。中書令下設官員初無定數，後來定為右丞相、左丞相各一人，統率百司；平章政事四人，作為丞相的副手；右丞、左丞各一人。參知政事三人，為執政官。與中原王朝以左為尊不同的是，蒙古人以右為尊，所以右丞相地位高於左丞相。宰執下設其他輔助官員，如參議中書省事、郎中、員外郎、都事等。
忽必烈很注重平衡自己的輔政宰執班底，將不同民族都納入其中。如1261年的中書省班底為蒙古人三人、漢人六人、漢化契丹人一人、漢化畏兀兒一人、回回一人。中書省下設吏部、戶部、禮部、兵部、刑部、工部六部，各部最高長官都稱為尚書，負責具體事務。
樞密院於1263年正式設置，作為中央最高軍事機關，其職責是掌管天下軍事大權。其最高長官為樞密使，由皇太子兼任，未立太子時空缺。常務官員為樞密副使、僉書樞密院事等。
掌管監察的御史台於1268年正式設置，作為中央最高監察機關，長官有御史大夫、御史中丞、侍御史、治書侍御史等。
中書省、樞密院和御史台均自行奏事、自選屬官，分別對皇帝負責，但從文書往來上看還是有一些差別，即中書省發給樞密院和御史台的文書行文用由上行下的「札」，而樞密院和御史台發給中書省的行文則使用由下行上的「呈現」，這體現了中書省統率百司的職權，樞密院和御史台也要接受其領導。
除了上述三大機構，忽必烈還在中央設立宣政院（初名為總制院）、大宗正府和宣徽院。宣政院掌管全國宗教和吐蕃事務，以國師八思巴領之，這是以前中原王朝所不曾有的。大宗正府負責審理蒙古諸王等蒙古、色目人的犯罪案件以及和漢人南人產生的糾紛，之前蒙古帝國的最高刑事長官札魯乎赤成為其司法長官。宣徽院除掌管前代宣徽院掌管的朝會、飲宴、祭祀、禮儀、御膳等事務外，還掌管徵收漠北蒙古人的賦稅、諸王宿衛名籍及人員推薦、撫恤蒙古部落等。
另外又設置負責編修國史、起草制誥文書等的翰林國史院，還有掌管全國驛站的通政院、掌管全國農桑水利的大司農司等等。忽必烈下令國史院編撰金朝、遼朝和宋朝的通史，共耗時80年，而此前只有中原王朝有編史的慣例。
隨著一個個有明確職責的中央機構的設立，以往蒙古帝國中央機構殘缺、缺乏章法的局面大為改觀，辦事效率迅速得以提高，皇帝的詔令可以很快得到執行。
在改革中央機構的同時，忽必烈也對地方行政機構進行了改革，確立了不同於以往大汗分封制、劃分行政區的行省制度。忽必烈剛即汗位時，為了加強對地方的管理，在地方設置十路宣撫司作為最高行政機構，同時又仿照金末行省制度，常常以中書省宰執掛上「行某處中書省」的頭銜，出外行使中書省的職權，主持地方政治、經濟和軍事等事務，但沒有固定的治所和轄區。
隨著天下的統一，這類行省越來越多，忽必烈決定將其作為地方最高行政機構固定下來，並向全國推廣，由此正式確立行省制度。忽必烈在全國共設十個行省：陝西行省、甘肅行省、遼陽行省、河南江北行省、四川行省、雲南行省、湖廣行省、江浙行省、江西行省、征東行省，其中征東行省是為了征伐日本而設，性質與其它行省不同，其設在高麗，行省丞相由高麗國王兼任。
行省長官權力很大，掌管地方行政、軍事、經濟等各方面事務，直接對中央和中書省負責。
在十個行省之外，忽必烈又在漠北設立了和林轉運司，後改為和林宣慰司都元帥府，管理當地事務，元武宗時在此基礎上設嶺北行省。在畏兀兒地區，設立別失八里等宣慰司都元帥府，吐蕃地區由中央宣政院直接管轄。
忽必烈確立的行省制度，發展了秦漢以來的地方郡縣制度，並為後世所沿襲，明清只是名稱不同。「省」作為地方最高一級行政機關的名稱，一直沿用到現代。
行省之下，忽必烈依舊仿照漢制和金制，設路（直隸府、直隸州）、州（府）、縣。縣之下設鄉、都等基層組織，統稱「裡」，負責人稱為「裡正」，負責催辦稅糧、維護地方治安等。
忽必烈採用漢法設置的中央和地方行政機構，分工清晰、職責明確，這使得帝國走向了平穩的運轉。
確立皇位繼承人
蒙古帝國時期，汗位的繼承需要通過忽里勒台大會選舉方能生效。忽里勒台大會是蒙古及突厥族的部落和各部聯盟的議事會，用於討論推舉首領、決定征戰、頒布法令等大事。有學者稱其為蒙古的「國會」。但這種制度其實有很多漏洞，容易引起帝國內部的紛爭，禍起蕭牆，甚至發生流血衝突。
為了避免這類情況出現，在忽必烈即汗位後，郝經提出了「立儲貳以塞亂階」的建議，而忽必烈當時還沒有將立儲提上議事日程，只是在1262年十二月封嫡子真金為燕王，領中書省事。
1267年，在姚樞提出的治國八條建議中，立儲被放在第二條。第二年，陳祐又上《三本疏》，提出「太子國本，建立宜早」「中書政本，責成宜專」和「人材治本，選舉宜審」三條建議，立太子排在首位。大臣們認為早立太子，早安人心，有利於社稷。
1273年二月，忽必烈仿照中原王朝提前預立皇位繼承人的作法，正式冊立真金為皇太子。
忽必烈在即大汗位之後推行的漢制，在其征服南宋、一統天下後，在更廣大的範圍內得以推廣。
興建元大都 尊儒崇佛建太廟
由於忽必烈所轄漢地範圍逐漸擴大，其統治中心也轉移到中原地區，如果繼續將和林作為帝國的都城已經不合適，因此，在仿照中原王朝建立年號和國號前後，忽必烈將都城從和林遷到了漢地。
1263年五月，忽必烈升開平為上都，暫時取代和林。1264年八月，忽必烈下詔將燕京改名為中都，作建都的準備。1272年二月，忽必烈依舊採取劉秉忠的建議，改中都為大都，宣布在此建都，而上都則作為避暑的夏都，形成兩都制的格局。大都，蒙古人稱之為「汗八里」，意為「大汗之城」，而從漢語的字面解釋，亦有連接天與地的「巨大都城」之意。
簡言之，大都是控制中國大本土的政治中心，而上都則是負責控制北方蒙古本土，皇帝除了在上都狩獵行樂外，與蒙古諸王貴族舉行的忽里勒台大會和傳統的祭祀活動也都會在這裡舉行。
眾所周知，此後的明清兩朝也都將北京作為首都。今天，大都的遺址早已被現今的北京城覆蓋，除了北城的一段土牆被開闢為元大都遺址公園外，我們已很難尋覓大都城的蹤跡。然而，從歷史文獻和考古發現還原昔日的大都，我們不得不驚歎於古人的智慧。
大都布局有說道
1267年（至元四年），中書省輔佐重臣劉秉忠在忽必烈的授命下，前往燕京開始規劃營建新都城。精通《易經》和禮制的他在規劃大都布局時，一是基於《周禮‧考工記》「九經九緯」、「前朝後市」、「左祖右社」的禮制，將街道按照棋盤一樣進行規劃。即城中縱橫各有九條幹道，宮城、皇城偏於都城南部，市場在皇城北部，宗廟、社稷分列宮城東西兩側，大朝正殿在寢宮之南。今天北京內城的許多街道和胡同，仍可反映出元大都街道布局的舊跡。
二是在建造中，結合《易經》中的陰陽八卦、天地相合之說法。如為體現皇權至上、王者必居天下正中的理念，劉秉忠採用「中軸布局，左右對稱」的重要原則，即在大都正中設定一條貫穿南北長達8公里的中軸線，以此軸線為基準，設置北京城的宮殿、寺院、街巷、市肆等。巍峨莊嚴的寺院寺廟、左右對稱寬敞平整的街道、前後起伏恢宏壯美的宮殿格局，都圍繞這條中軸線產生。
大都由宮城、皇城、外城三部分組成。大都外城共有十一座城門，其中東西南三面均為三門，北面只有兩門，這與中國傳統建築講究對稱的布局很不相同。據元人長谷真逸《農田余話》記載，這應當是劉秉忠借用中國神話人物哪吒三頭六臂的結果，也就是說，南面三門象徵三頭，東西六門象徵六臂，北面二門象徵二足。
大都的各城門命名也多出自《易經》，如麗正門，出自離卦「重明以麗乎正，乃化成天下」；文明門出自乾卦「見龍在田，天下文明」；安貞門出自訟卦「復即命，渝安貞，不失也」。
今人經實地勘測證實，大都皇城位於全城南部的中央地區，東牆在今南北河沿的西側，西牆在今西皇城根，北牆在今地安門南，南牆在今東、西華門大街以南。宮城偏居皇城東部，它的南門（崇天門）約在今故宮太和殿的位置，北門（厚載門）在今景山公園少年宮前，其夯土基址已經被發現。東、西兩垣約在今故宮的東、西兩垣附近。
宮城西面是以萬歲山（又稱萬壽山，今北海瓊島）和太液池（今北海與中海）為中心的西苑。太液池的西面另有兩組規模較大的宮殿建築，靠南為隆福宮，靠北為興聖宮。
此外，考古證實，大都全城呈南北略長的長方形，周長約28600百米。城牆全部用夯土築成，基部寬達24米，基寬、高、頂的比例為3:2:1。意大利著名旅行家馬可‧波羅在他的遊記裡描述大都城牆說：「牆根厚十步，然愈高愈削，牆頭僅厚三步。」這與現在實測的比例很接近。
大都全城的中軸線與明清北京城一致，經過探鑽，在景山以北發現一段南北向的道路遺蹟，寬達28米，應當是大都中軸線上大道的一部分。值得注意的是，當時大都的鐘鼓樓並不在中軸線上，而是位於中軸線偏西，即今天的舊鼓樓大街。這與後來明清的北京城不同。
值得稱道的是，元大都還具有發達的給排水系統和完善的軍事防禦。這對於城市的繁榮至關重要。
除了劉秉忠統籌規劃外，阿拉伯人也黑迭兒負責設計新宮殿。郭守敬擔任都水監，修治大都至通州的運河，並以京郊西北各泉作為通惠河上游水源，保證了大都與南部中國的聯繫。
可以說，元大都整體上體現了元朝「至哉乾元」的剛健和草原帝國的宏偉氣象，也為明清兩朝奠定了都城的雛形。昔日的元大都我們雖然無緣親見，但通過明清留下的紫禁城、太廟、天壇等建築，也可以遙想當年元大都的宏大。
1273年，大都宮殿建成。次年正月元旦，忽必烈在正殿接受朝賀，大都正式取代和林成為政治中心。1285年，大都的宮城城牆、太液池西岸的太子府（隆福宮）、中書省、樞密院、御史台等官署以及都城城牆、金水河、鐘鼓樓、大護國仁王寺、大聖壽萬安寺等重要建築陸續竣工。同年，忽必烈發布了令金中都故城居民遷入新都的詔書。蒙古人、漢人和外國人都有指定的區域生活。
此後十年間，有40萬至50萬居民自金中都故城遷入大都。在此時期內，宮內各處便殿、社稷壇、通惠河河道、漕糧倉庫等建築工程也基本完成。後來元代各帝雖有添建，如孔廟、國子監、郊祭壇廟和佛寺等建築，但都城總體布局沒有變動。
忽必烈時期來華的意大利探險家馬可‧波羅稱讚元大都「戶口繁盛」，「城內外人戶繁多」，「居民之眾」、「百物之輸入」，「世界諸城無能與比」。
仿漢制隆祀典
蒙古一直以來，祭祀之禮都僅僅是割牲肉奠馬乳以蒙古的巫師祝致詞而已，到了忽必烈時期開始大隆祀典，依據漢人的做法，除了完成廟制和一切祭祀的典禮，還追尊皇祖考妣之尊號與廟號。
1263年，忽必烈下詔在中都建太廟，次年奉安神主於太廟，初定太廟於七室制。之後，忽必烈命平章政事趙璧等群臣商議，最終祭祀設為八室，其中一室祭祀成吉思汗的父母也速該和訶額侖、一室祭祀成吉思汗和孛兒帖，另外四室分別祭祀成吉思汗的四個兒子和他們的皇后，還有兩室分別祭祀貴由汗和蒙哥汗以及他們的皇后。
此前歷代廟制，多以七廟、九廟之制，而元代實施八廟制。鄂爾多斯成吉思汗陵白八室，形式上就是採用了八廟制。
1264年秋九月，奉神主於祏（shí）室，冬十月太廟建成，祭祖禮在太廟舉行，忽必烈尊皇祖成吉思汗為太祖。自此，蒙古宗室祭祀祖先的活動正式進入中原王朝祭祖軌道。
1267年，忽必烈命僧人在太廟作佛事七晝夜，這是蒙元在太廟作佛事的開始，也是歷代郊廟之儀中所沒有的。
不過，蒙元太廟祭祀還保留有若干蒙古的特色，如中原王朝通常由皇帝主持，而蒙元祭祀則由巫祝主持，祭禮亦保留了部分蒙古習俗。而且每室以西邊為尊，東邊次之，沒有按照漢制傳統的太祖居中、左昭右穆的排序，這也是延續金代宗廟制度中採用的自西向東的室次，同時也是蒙古人尚右國禮的一種表現。
1269年忽必烈下令營建大都時，沒有建造太廟，而是繼續使用中都太廟。直到1277年八月，忽必烈才下令在大都齊化門（今朝陽門）內北營建太廟，1280年建成，百官奉太祖、睿宗二位神主安奉新太廟，並毀舊太廟。
除了祭祖，中國古代帝王重要的祭祀還有社稷祭祀，蒙元的社稷歲祭是從1270（至元七年）十二月開始的，忽必烈通常是遣使致祭社稷，流程大多同祭祖。
元代先農之祀，始於1272年二月，其儀式如社稷。1277年二月，忽必烈曾親祀先農於大都東郊。1278年二月，再祀先農，耕籍田。耕籍，中國古代歷代帝王親自耕田之禮，以示重視農業。
除此之外，元代還祭祀三皇和風師、雨師、雷師。風、雨、雷師之祀，自1270年十二月開始，大司農請於立春後丑日，祭風師於東北郊；立夏後申日，祭雷、雨師於西南郊。以此表明對上天的敬畏。
元代還十分重視岳鎮海瀆之祭，這開始於1261年，忽必烈遣使代祀，而這應與蒙古人原有的薩滿信仰和祭祀山川的習俗有關。明代葉子奇《草木子》卷三下《雜制篇》稱，元廷山嶽河海，惟遣使致祭。五嶽四海五鎮四海，凡十九處，分五道。以東嶽、東海、東鎮、北鎮為東道；中嶽、淮瀆、濟瀆、北海、南嶽、南海、南鎮為南道；北嶽、西嶽、后土、河瀆、中鎮、西海、西鎮、江瀆為西道。既而，又以驛騎迂遠，復為五道 ，每道遣使二人，集賢院奏遣漢官，翰林院奏遣蒙古官，出璽書給驛以行，秩有常祀。
建廟祭祀孔子
早在潛邸時，忽必烈曾向大儒張德輝詢問有關孔子的問題。比如他問「孔子歿已久，今其性安在」。張德輝答道：「聖人與天地終始，無所往而不在。殿下能行聖人之道，即為聖人，性固在此帳殿中矣。」
忽必烈又問「孔廟祭祀的禮義何在呢」，張德輝說：「孔子為萬代王者之師，治理國家的君王都很尊敬他，修繕孔廟，按時祭祀。是否崇儒，對聖人並沒有什麼影響，但可以使人們看到國君崇儒重道的心意。」忽必烈聽罷，說道：「從今以後，祭孔大典不要廢除。」
1252年，張德輝等人拜見忽必烈，尊忽必烈為儒教大宗師，忽必烈欣然接受。
忽必烈即位以後，在上都和孔子故裡分別建宣聖廟，即孔廟，以此宣揚儒家思想，成宗始建宣聖廟於大都，如北京的孔廟建在市中心的東北角，離雍和宮不遠，其所在的街道名為國子監街，也叫成賢街。北京孔廟是元明清三朝祭祀孔子的地方，很多帝王也來此祭祀孔子，所以地位相當高，與山東曲阜孔廟、吉林孔廟、南京夫子廟並稱「四大孔廟」。
元朝宮廷大規模祭孔子，始於1273年。這年三月，中書省命舉行釋奠禮，執事官各穿其公服，諸儒士襴帶唐巾行禮，祭拜孔子。
1282年，元朝議立孔子後裔之事，當時稱為孔氏之宗的只有山東曲阜的孔氏北宗和浙江衢州的孔氏南宗，朝廷查明「孔氏子孫寓衢者乃其宗子」，即住在衢州的是大宗，因此想召孔洙入朝，並想讓他回曲阜襲封奉祀。孔洙以先世廟墓在衢州，不忍離去，將爵位讓於曲阜的宗弟孔治，請求朝廷准其留居衢州，奉祀先祖守護陵廟。他還以母親年老要求南歸。忽必烈稱讚他「寧違榮而不違親，真聖人之後」，並准其所請，授孔洙承務郎、國子監祭酒兼提舉浙東學校事，還給他護持陵廟的璽書和俸祿，後孔洙任奉訓大夫、儒學提舉。
從忽必烈開始，終其元朝一世，歷代皇帝對儒家對孔子都很推崇。
北京的孔廟建在市中心的東北角，離雍和宮不遠，其所在的街道名為國子監街，也叫成賢街。圖為北京孔廟先師門。（公有領域）
推崇藏傳佛教 首創帝師制度
蒙古人從成吉思汗起，對宗教就採取了十分包容的政策，允許各種宗教的存在和信仰的自由。成吉思汗當年不僅與道家的丘處機傾心交談，還見過佛教的海雲禪師。成吉思汗嫡出的小兒子拖雷的正妻唆魯合帖尼信奉基督教，他們的四個兒子除了小兒子親近基督教外，其他三個兒子中蒙哥和忽必烈更傾向於佛教。
忽必烈即大汗位後，於1264年在中央設立宣政院（初名為總制院），掌管全國宗教和吐蕃（今西藏）事務，以國師八思巴領之，這是以前中原王朝所不曾有的。
八思巴（1235—1280），本名為羅卓堅贊，「八思巴」在藏語中是「聖者」的意思。由於羅卓堅贊自幼跟隨伯父薩迦班智達學習薩迦派的一切顯密教法，7歲時就能「誦經數十萬言，能溝通其大義」，因此被吐蕃人稱為「八思巴」。
11歲時，八思巴跟隨伯父薩迦班智達前往涼州會見闊端，並從此滯留涼州。1251年薩迦班智達圓寂後，精通各種宗教知識的八思巴成為薩迦派新的領袖，當時他只有17歲。
1253年，蒙哥汗派總領漠南漢地事務的忽必烈率兵南下攻打大理國，蒙古大軍需要經過吐蕃地區。八月，忽必烈軍抵達臨洮（今甘肅臨洮縣），遣使涼州請八思巴前來商議協助蒙軍通過吐蕃地區之事。
八思巴來到臨洮後，對忽必烈建言道，「吾師有言，藏法治藏，大路通天，高宣佛號，法力無邊」。忽必烈在與八思巴的交談中「與語大悅，日見親禮」。
這一年，八思巴在軍中為忽必烈和察必王妃舉行了密宗喜金剛灌頂儀式。在25名信眾的陪同之下，忽必烈和察必王妃受吉祥喜金剛灌頂三次，並尊八思巴為上師。雙方結成了「施主與福田」、上師與弟子的關係。「灌頂」是佛教密宗的一種儀式。
從此，八思巴跟隨在忽必烈左右。1255年，在忽必烈主持的佛道辯論大會上，他以淵博的知識和無比的辯才，讓忽必烈驚歎。
忽必烈1260年成為蒙古大汗後，八思巴被封為國師，受玉印，並受命創建新的蒙古文字。17世紀初蒙古文史書《阿勒坦汗傳》上記載道：「忽必烈薛禪汗於世聞名，此聖者請來呼圖克圖八思巴喇嘛，使將一切經咒音譯為畏兀兒文（指畏兀體蒙文）。廣泛建立對佛的三信仰，盡使宗教弘傳發展，使全世界普享太平之福，猶如昔日聖轉輪王般名揚四方。」
1263年，八思巴返回吐蕃，行前受賜珠寶冊印。第二年，在總制院成立後，八思巴兼任總制院使。忽必烈還根據吐蕃的物產分布情況，重新劃分了行政區域，設立了13個萬戶，各萬戶兼管軍事民政，他們也都屬於八思巴管轄。
考慮到青藏高原交通不便，對管理、軍事及商旅往來都很不方便，忽必烈決定建設通往西藏的驛站。在八思巴的支持下，忽必烈修建了一條從青海通往薩迦地區的道路，沿途一共建有27個大驛站，保障了交通。
1269年，八思巴借用藏文字母製成一千多個蒙古新字「八思巴字」，但因受了漢人影響，格式採用直書。要知道，蒙古人早期是沒有文字的，後來成吉思汗滅了乃蠻部後，讓畏吾兒人塔塔統阿用畏吾兒文書寫蒙古語，但在使用過程中發現有很多不完善的地方。於是，忽必烈讓八思巴創製出一種新的文字，作為全國通用的官方文字。從此，元朝官方文書一律使用八思巴創製的蒙古新字書寫，但民間並未流行。因此，元朝滅亡後，這種文字就失去了使用價值。
1280年，八思巴圓寂，時年46歲。忽必烈賜號「大元帝師」，還在京城為其修建舍利塔。據說八思巴年幼時，曾夢見自己手拿一根有80節的藤杖，但到第四十六節處就彎曲了。第二天他向薩迦班智達說起時，薩迦班智達對他說：「這預示著你的歲數，所以到46歲時要格外留心。」想不到一語成讖。
從八思巴開始，一直到元朝滅亡，歷代皇帝皆以喇嘛為帝師，新一任皇帝在即位之前，必須先就帝師受戒。忽必烈之舉，奠定了後來元朝以藏傳佛教為國教、設立帝師制度的基礎。而忽必烈給予藏傳佛教如此高的地位，並在內地大力提倡，使得全國信仰者迅速增加，其在位時期，全國佛寺達到4.2萬座。而整個元朝，受封為帝師者總計14人。
不過，對於其它宗教，忽必烈仍予以尊重，如對於歐洲前來的基督教士，也以禮待之。宗教信仰自由從成吉思汗時起至元朝終結都不曾改變。
在成吉思汗、窩闊台時期，蒙古人經過幾番征討，將日漸衰落的西夏和金國納入了蒙古帝國的版圖，這也意味著蒙古帝國的邊界與南宋接壤，而南宋則成為蒙古人下一個征服的目標，但這也是最難征服的目標。
成吉思汗在駕崩前曾留遺言給後人，要他們聯合南宋消滅金國。之後，蒙古與南宋聯合滅金。由於雙方在戰前沒有對金國領土所有權歸屬定下協議，在蒙軍撤退後，宋軍進攻並占領了開封、洛陽等地，史稱「端平入洛」。宋朝人認為這是收復被金國占領的失地，而蒙方則認為宋朝背棄盟約，窩闊台遂以此為由攻打南宋。
從窩闊台經蒙哥到忽必烈，三位大汗均發動了對南宋的戰爭，期間是時戰時和。從第一次1235年至1241年和第二次1253年至1259年，到第三次1268年至1279年，共計22年（不計停戰期），南宋才徹底被征服。在蒙古人征服的國家中，南宋是耗時最長的。
為何忽必烈時期最終征服了南宋呢？一個原因是彼時的南宋氣數已盡，朝廷上下腐敗，上天已不再眷顧。另一個原因是忽必烈採用的策略得當，民心所向。
南宋氣數已盡
關於南宋的滅亡，宋代預言《梅花詩》第二節這樣寫道：「湖山一夢事全非，再見雲龍向北飛。三百年來終一日，長天碧水嘆彌彌。」
「湖山一夢事全非」說的是南宋皇帝偏安於江南的半壁江山，其都城臨安（今杭州）在西湖邊兒上，依山傍湖，暗指此時的南宋皇帝耽於享樂，沉迷於醉夢之中。
「再見雲龍向北飛」是指天象氣數落於北方，北邊降生真龍天子，新朝代誕生於北方。「三百年來終一日」是指宋朝在歷經三百餘年後（公元960年至1279年）終於到了滅亡的這一日。「長天碧水嘆彌彌」則喻指宋朝最後滅亡時所上演的一幕最悲壯的場面。
此外，業已走過的歷史早已告訴人們，當一個王朝走向滅亡時，往往會出現相當多的天災，這是上天對當政者不修德政和行惡者的警告。南宋王朝也不例外。南宋從高宗開始，直至南宋滅亡，發生災禍的頻率逐年增加。比如疫病，宋高宗時約平均6年出現一次，到宋孝宗時則每2年一次，宋光宗時每2.5年一次，宋寧宗時每2.4年一次，宋度宗、恭帝時每年一次。
歷史記載，南宋疫病較多發生在以臨安為中心的兩浙地區，而該地區正是皇帝及其重臣們居住的所在。上天降下如此多的災禍，必定是因為他們做了什麼失德的事情。
而歷史的確按照預言的安排演繹著。在忽必烈在北方崛起之時，南宋日漸衰弱，宋寧宗、宋理宗時期的權臣史彌遠專橫拔扈，在兩朝專權共26年，致使朝廷腐敗不堪。一般來說，一個朝代若道德下滑、貪腐嚴重，其離滅亡已然不遠，而這也是天災頻繁的主因。
史彌遠死後，宋理宗親政，重用外戚賈似道，使其獨攬大權，趙氏政權更為衰落。因為姐姐是貴妃，憑藉姐姐的身分，賈似道當上了兩淮宣撫使，成為了南宋舉足輕重的一個軍事主帥。
在蒙哥南征南宋時，賈似道曾私自與圍攻鄂州的忽必烈訂立和約，同意向蒙古稱臣、納幣。其後，他還謊報鄂州戰功，並因此獨攬朝綱。其在蒙元與宋的戰爭中的不作為是南宋滅亡的直接原因。
賈似道扣押忽必烈使團
1260年忽必烈即汗位初期，採取了與南宋保持友好關係的政策，他派遣翰林侍讀學士郝經為大使、翰林待制何源和禮部郎中劉人傑為副使的使團，出使南宋，將忽必烈繼承汗位的消息告知南宋朝廷，同時敦促其履行在鄂州城下與賈似道簽署的和約。
隱瞞簽署和約、以「鄂州大捷」欺騙皇帝的賈似道害怕真相暴露，就密令將郝經一行悄悄扣押在真州（今江蘇儀征）的軍營之中。郝經不明白為何被扣押，以為宋朝皇帝不願和好，遂多次上書，希望宋帝「講信修睦，計要元元」。在得不到回音後，郝經又上書希望面見宋帝。然而，無一例外，所有的上書都被賈似道截留。賈似道見郝經才華橫溢，便勸他投降，但遭到嚴詞拒絕。無奈之下，賈似道繼續將其祕密關押，並不讓任何消息透露出去。
使團的失蹤以及南宋並未履行和約，也讓忽必烈十分不解，他多次派人到南宋詢問使團下落，但賈似道均搪塞過去。忽必烈大怒，於1261年七月下詔抨擊南宋扣留使團之舉，並打算秋高馬肥之時，分水陸兩路進攻南宋。其後，考慮到國內尚未安定，阿里不哥還未臣服，忽必烈選擇了暫時忍耐，將主要精力用於平定內亂、穩定政局和發展經濟上。
而此時的南宋朝中，賈似道專權，他不僅整日吃喝玩樂，而且置國家安危於不顧。雖然明知面對著蒙古強敵，但賈似道還是在軍中展開清洗，即以核實軍費支出為藉口，把那些對其不敬的將官在抗擊蒙軍時所支取的官物都說成是「贓私」，並誣加「侵盜官錢」的罪名，或罷官流放，或下獄迫害致死。
此外，他推行的「公田法」實則是低價強取民田，導致無數家庭妻離子散。其所徵稅賦也是種類繁多。
1264年，63歲的理宗駕崩，其侄子即位，是為度宗。度宗對賈似道更是無比信賴，將其進為太師，平章軍國重事。還因為賈似道有定策之功，每逢朝拜，必定答拜，並稱他為「師臣」，而不直呼其名。為了試探自己在朝中的地位，賈似道說自己年事已高，請求返鄉，但度宗卻下旨准其六日一朝，亦不用如百官行禮，到後來更是十日一朝。
雖然不天天上朝，但所有朝中大事都由賈似道按照其私意決斷，官員們不得不到其府中請示。善於阿諛奉承、溜須拍馬的可以升官，正直為公的如文天祥，則受到打壓和排擠。
曾有人總結南宋後期四大弊端，即民窮、兵弱、財匱、士大夫無恥。賈似道把已經腐敗的宋朝弄得更加腐敗了。南宋有此權臣，焉能不亡？
征宋之襄樊鏖戰
南宋江河日下之際，蒙古帝國在忽必烈的治理下則是蒸蒸日上。在平定了國內叛亂、經濟得到發展、社會相對穩定的情況下，忽必烈將目光再次轉向了南宋，尤其是郝經率領的蒙古使團了無蹤跡一直是他心中的結，而直接推動忽必烈行動的是南宋的降將劉整。
劉整原是北方人，深沉剛毅而有智謀，善於騎馬射箭。金末天下大亂，他投奔宋朝，隸屬於荊湖制置使孟珙麾下。因立過不少戰功，先後任潼川府路安撫使、知瀘州軍州事，在宋蒙初期戰事中，是一位令蒙古人頭疼的將領。後來，因擔心被手下人誣陷，且看到賈似道殺死無辜將領，顧慮自己安危的劉整遂在1261年率所屬瀘州十五郡、戶三十萬歸順了忽必烈。
這讓忽必烈大喜過望，因為瀘州是進入四川的天塹，而且劉整的歸順讓忽必烈進一步了解了南宋內部矛盾和軍事虛實，忽必烈遂任命他為夔府行省兼任安撫使，賞賜金虎符給他，又賜給他金銀符，讓劉整給予有功的將領。劉整自此全力效忠忽必烈。
此後，南宋將領俞興進攻瀘州，經過幾十個回合的交鋒，劉整將俞興打敗。戰勝後，劉整向忽必烈提出屯兵、厚儲積的圖宋大計，並指出，「自古帝王，非四海一家，不為正統。聖朝有天下十七八，何置一隅不問，而自棄正統邪？」劉整的建議雖然遭到了朝中大臣的反對，但卻再次讓忽必烈意識到攻打南宋勢在必行。
1262年，忽必烈命劉整在成都、潼川設立行中書省，讓他兼任都元帥，在各個山頭建立寨堡，以阻遏宋兵來襲。後其改任潼川都元帥、南京路宣撫使。
1267年，劉整入朝，再次向忽必烈獻計舉兵滅宋，稱現在宋朝天子懦弱而大臣驕橫，這是上天給的一個統一的機會。他建議一定要先攻打襄陽，「如得襄陽、武漢，江南可平也。」而早在忽必烈即位之初，曾跟隨旭烈兀橫掃西亞的大將郭侃在其平宋之策中也明確滅宋應當先取襄陽，然後直趨臨安。
此前，蒙古大軍攻宋，重點是攻打蜀地，但蒙軍並未成功，始終與宋軍相持。而襄樊位於南陽盆地的南端，由漢水南岸的襄陽和北岸的樊城組成，「跨連荊豫，控扼南北」，兩城之間又可以夾漢水相互支援，歷來是易守難攻的兵家必爭之地。蒙軍與南宋在襄樊等地的軍事爭奪一直很激烈，南宋憑藉著堅固的城池，一直擋在蒙古大軍南下的路上。如果拿下襄陽，就徹底撕開了南宋橫向的千里防線。
最終，忽必烈採納了劉整的建議，任命對宋有長期作戰經驗的大將兀良台之子阿朮為蒙古軍都元帥，劉整為漢軍都元帥，共同率領水陸大軍圍攻襄樊，但建議是圍城，「以俟其自降」。也是在這一年，呂文德派其弟呂文煥為襄陽知府兼京西安撫副使。呂文煥在宋朝也算是一名英勇善戰的將軍。
1268年，阿朮在襄樊東南鹿門堡和東北白河城修築堡壘，切斷了援襄宋軍之路。
1270年，忽必烈又派丞相史天澤總軍事助戰。史天澤到襄陽後，見城池堅固難攻，遂下令在襄樊西部的萬山堡百丈山築長圍，又在南面的峴山、虎頭山築城，連接諸堡，完全切斷了襄陽與西北、東南的聯繫，斷了其糧道，襄樊就此成為一座孤城。這一時期蒙軍在襄樊外圍修築十餘處城堡，建立起長期圍困襄樊的據點，完成了對襄樊的戰略包圍。
由於地處江南的南宋遍布大河與湖泊，水戰至為關鍵。蒙軍曾與宋軍進行過安陽灘水戰，雖然最終轉敗為勝，但蒙軍水戰不如宋軍卻是事實。熟悉水軍的劉整遂建議，一邊築城圍襄樊，一邊造船訓練水軍。忽必烈很快批准。
阿朮與劉整齊心協力，很快造出戰船五千艘，並日夜操練，訓練了七萬水軍。之後再度攻打襄樊，仍舊無法攻克。蒙軍遂將襄陽城圍個水泄不通，致使城內供應嚴重不足。
面對著蒙軍的戰略包圍和進攻，宋軍也進行了反擊和反包圍。1268年，為打破蒙軍鹿門、白河之圍，呂文煥命襄陽守軍進攻蒙軍，但被蒙軍打敗，宋軍傷亡慘重。
次年三月，宋將張世傑率軍與包圍樊城的蒙軍作戰，戰敗。七月，沿江制置使夏貴乘秋季大雨之際，率軍救援襄陽，兵敗。這一年，呂文德病死。朝廷命李庭芝以京湖制置大使督師支援襄陽。
1270年春，呂文煥從襄陽出兵攻打萬山堡，蒙將張弘范、李庭反擊，宋軍大敗。九月，呂文德的女婿、宋殿前副都指揮使范文虎不聽李庭芝指揮，率水軍增援襄陽，蒙軍水陸兩軍迎戰，宋軍大敗，范文虎逃歸。1271年，范文虎再次率軍援助襄陽，又一次大敗。
三年中，宋軍的多次援襄都被蒙軍打敗，而襄樊城中宋軍的反包圍也無法取得成功。困守在襄陽城中的宋軍面對著敗局，依舊選擇了堅守。
1272年四月，駐紮在郢州（今湖北鍾祥縣）的李庭芝因向朝廷請求派兵增援襄樊無果，只好在當地徵召三千多民兵，由總管張順、路分鈐轄（註：武官名）張貴帶領支援襄陽。
張順、張貴等乘著一百艘安裝火槍、火炮等武器的船隻和大批物資，強行突破了蒙軍的封鎖，冒險殺入襄陽城中，張順在戰鬥中陣亡。張順屍身在數日後浮出江面，其身中四槍六箭，手中仍死死抓著弓箭不放，足見當日戰況之激烈。
其後，蒙軍在漢水江面布列撒星樁，擴大封鎖，令襄陽的形勢更加嚴峻。
七月初，呂文煥派張貴突出重圍，希望能與駐紮龍尾洲的范文虎部約期會合，內外夾攻元軍，沒料到范文虎已經撤離，兩軍展開一場遭遇戰，宋軍因極其疲憊，戰鬥中傷亡過大，張貴重傷被俘而死。無奈之下，李庭芝施離間計，想在忽必烈與劉整之間製造猜疑。忽必烈識破其計謀，繼續重用劉整。
儘管蒙古軍隊打敗宋朝援軍，但駐守襄樊城的宋軍依舊在頑強抵抗著。在此關鍵時刻，蒙元漢人大將張弘范建議切斷襄陽和樊城間的聯繫，使兩城各自變為孤城，然後水陸夾攻樊城，樊城一破，襄陽也無法保存。劉整也提出類似的分割圍攻戰術建議。
阿朮深以為然，遂命令識水性的士兵下水鋸掉漢水中的木柱，砍斷鐵索，焚燒連接襄陽與樊城之間的浮橋，切斷了襄陽守軍對樊城的支援通道。
1273年正月，蒙古軍隊發動了對樊城的攻擊。此次進攻忽必烈還調來了出自西域的回回炮。這種炮攻擊力強，威力無比，連最大的樹木也能一炮摧毀。在蒙古軍隊的猛攻下，樊城被攻破，宋將范天順力戰不屈，自殺殉國，副將牛富城破後仍率百餘人與元軍巷戰，最後赴火殉節。
樊城失陷後，襄陽岌岌可危。襄陽守將呂文煥多次派人向朝廷告急，但賈似道早已封鎖了消息，不許任何人在朝中對宋度宗說起邊境危急之事，並殺死了一個向度宗透露襄樊被圍消息的宮女。外無援兵、內無充足糧草的呂文煥，在堅守了六年後，在忽必烈派能言善辯的大臣阿里海牙勸降後，終於開城投降。其後他受到忽必烈禮遇，被封為昭勇大將軍、侍衛親軍都指揮使等，其麾下軍將士卒也得到賞賜與安置。
呂文煥降元，震驚朝廷，對南宋無疑是一個重大打擊，另一方面，他讓南宋將領和大臣看到了忽必烈的雅量，並贏得了民心。
歷時六年的襄樊鏖戰，蒙元最終取得勝利，南宋滅亡進入倒計時。
伯顏南伐勢如破竹 南宋滅亡
蒙元取得襄樊之戰的勝利，打開了南宋仰仗的長江上游的重要門戶，元軍前進的步伐已不是宋軍所能阻擋得了的。忽必烈對此役非常滿意，下詔嘉獎眾將士。其後，諸多大臣將領提出乘勝南伐，劉整也入朝請命，願率水軍乘勝追擊，殺過長江，直搗南宋都城。
有意南伐的忽必烈在與重臣商議後，儘管面臨北方叛亂，但仍決定繼續南伐，任命宰相伯顏為滅宋主帥，並成立了荊湖和淮西正陽兩個行樞密院，很快又將它們改為兩個行中書省，以伯顏、史天澤、阿朮、阿里海牙和呂文煥行省荊湖，以合答、劉整、塔出、董文炳行省淮西。不久，忽必烈採納史天澤的建議，為了保持政令統一，將淮西行省改為行樞密院，由伯顏專理行樞密院事。伯顏不僅掌握了滅宋的軍事大權，也掌握了行政大權。如此安排，解決了兵力分散、號令不統一、調動不靈的弊病。
身為主帥的伯顏在滅宋戰爭中發揮了巨大作用。伯顏，蒙古族八鄰部人。他的父親曉古台承襲祖輩官職，隨宗王旭烈兀開拓西域。伯顏長於西域，但應是自幼學習了漢文化，長於作詩和書法。1264年，旭烈兀派他入朝奏陳有關西域事，忽必烈見他容貌言辭非凡，就將他留在京師。其後在與他談論國事時，更發現他頗有見地，愛才的忽必烈對他愈加器重，並將中書右丞相安童的妹妹嫁給了他。其後，伯顏先後被拜為光祿大夫、中書左丞相、中書右丞、同知樞密院事等。
史書說伯顏深謀遠略、善於決斷，率二十萬大軍伐宋如領導指揮一人，諸將帥敬他如神明。忽必烈選擇這樣的他擔當重任，足見對其的信任和對其能力的肯定。
臨行叮囑
1274年六月，忽必烈向行中書省及蒙古、漢軍萬戶千戶軍士發布詔書《興師征南詔》，詔書中說明，要以南宋扣押郝經蒙古使團之事問罪於宋，興問罪之師；鼓勵將士奮勇殺敵，但同時也告誡將士對於無辜民眾「毋得妄加殺掠」。
七月，忽必烈發布《下江南檄》，伯顏奉命南征。臨行前，忽必烈叮囑伯顏說：「宋朝初期，曹彬以不好殺人而平定江南，希望你能體會朕意，成為本朝的曹彬。」忽必烈仁愛之心彰顯無遺。而伯顏後來取南宋城池以及都城臨安，也的確做到了忽必烈的要求。他每攻打一地前，都要先派人勸降，避免戰爭，實在無法避免時，也在攻下城池後約束將士，禁止妄加殺戮。
要知道，中原漢文化最忌濫殺，即使在正當的戰爭中，往往不能不殺時，也要體現世法、天理良知的公道。因此忽必烈禁止軍隊濫殺，告誡將士「毋得妄加殺掠」，以「不妄殺一人」的曹彬為榜樣，同時禁絕宋朝鞭背、黥面等刑罰，一方面體現了漢文化對忽必烈的巨大影響，一方面對於贏得中原軍心、民心起到了重要作用。
攻宋勢如破竹 占領建康
八月，年僅3歲的宋恭帝即位，祖母謝太皇太后、母親全太后垂簾聽政，但朝政大權依舊把持在賈似道手中。
也是在這個月，忠心輔佐忽必烈幾十年的劉秉忠忽然無疾而逝，終年59歲。忽必烈聞噩耗不勝傷悼，對群臣說：「秉忠為朕盡忠三十餘年，小心謹慎，不避艱險，言無隱情，其學問之深，惟朕知之。」他下令出內府錢將其安葬於大都。後追贈他為太傅、趙國公，諡號「文貞」。元成宗時，加贈太師，改諡「文正」。元仁宗時，又進封爵位為常山王。有元一代，漢人位封三公的，僅有劉秉忠一人而已。
九月，伯顏率20萬大軍從襄陽分三路南下，伯顏、阿朮統領右路主力大軍，以南宋降將呂文煥為先鋒，由襄陽入漢水過長江；左路大軍由合答統領，以劉整為先鋒，出淮西取道揚州而行；還有一路由董文炳率領，從淮西正陽直逼安慶。
伯顏大軍先是進至鹽山，距郢州二十里，在面對宋軍新建的郢城防線時，諸將建議拿下這個咽喉要道，伯顏卻說：「用兵緩急我心中有數。攻城是下策，大軍南征，豈是為奪此一城？」於是放棄郢城不攻，順江而下。宋郢城守將趙文義、范興率二千騎兵來襲，伯顏率軍回擊，斬趙文義，擒殺范興，宋軍五百人死，被俘數十人。
其後，伯顏大軍進至沙洋（今屬湖北荊門），幾次勸降，但宋守將王虎臣拒絕投降。元軍遂發動進攻，城破，王虎臣等人被俘，後因拒降被殺。至新城，守將邊居誼拒降，城破後，居誼及全家自焚。至復州，知州翟貴降。伯顏傳令，諸將不准入城，違者以軍法論處。
十二月，元軍數以萬計的戰艦從漢口進入長江，又將蒙古、漢軍共數十萬騎部署於江北，令其修整軍械，準備進軍陽邏堡。陽邏堡守軍拒降，伯顏指揮諸將進攻，三日都沒有攻下。伯顏與阿朮商議，決定採取聲東擊西之計，即派阿朮乘夜率鐵騎三千，乘舟直趨下游，清晨渡江襲擊南岸宋軍。這次出其不意的攻擊，打敗了陽邏堡的援軍，陽邏堡也被攻下，宋軍大潰，數十萬軍幾乎全部傷亡。
伯顏大軍又至鄂州，在元軍焚毀宋軍戰船三千艘後，鄂州知府張晏然、知漢陽軍王儀、德安知府來興國等相繼降元，伯顏把他們的軍隊編入元軍各部。
十二月，元軍數以萬計的戰艦從漢口進入長江。圖為南宋馬遠〈水圖 長江萬頃〉。（公有領域）
1275年初，元軍至黃州，宋沿江制置副使兼黃州知府陳奕開城投降。又至蘄州，宋安撫使管景模投降。除此之外，宋兵部尚書呂師夔、知州錢真孫、知南康軍葉閶、殿前都指揮使兼安慶知府范文虎、宋都統制張林等也都相繼歸順。伯顏一一安撫他們，對不投降但自殺的宋朝官員也予以妥善安葬。
元軍的攻勢讓南宋朝野大為震動。彼時南宋兵力七十餘萬，並不少於元軍，而且還有一些忠義將領，如果南宋朝廷能舉賢任能，多少還是可以推遲滅亡的時間的。然而，氣數已盡的南宋在賈似道專權下，早已是上下腐敗、人心不齊，按照南京京湖制置使汪立信所言就是「今天下之勢十去八九，而君臣宴安不以為虞」。
汪立信在襄陽被圍時曾向賈似道獻上兩條抗元策略，上策是將全部七十多萬兵馬，選出五十多萬精壯兵士駐守長江沿線。沿江之守不過七千里，每百里設一屯，屯有守將，十屯為府，府有總督，並在要害處加派兵力。這些兵士「無事則泛舟長淮，往來游徼，有事則東西齊奮，戰守並用。刁斗相聞，饋餉不絕，互相應援，以為聯絡之固」，「選宗室親王、忠良有干用大臣，立為統制，分東西二府，以蒞任得其人，率然之勢，此上策也。」
中策是放還被扣押的蒙元使團，並承諾向蒙元輸歲幣，這樣等個兩三年，宋朝修整後，增強兵力，就可戰可守。如果這兩策不能執行，那就是天滅南宋，只好準備投降了。
賈似道收到書信後，大怒，認為是妄言。不過，在元軍占領黃州、蘄州後，南宋朝野上下震動，紛紛要求賈似道親自出兵抗元，但賈似道故伎重演，派遣宋京前往元軍處致書議和，請求歸還已降州郡，每年向元朝納貢。伯顏將宋京扣下，一面派人去向忽必烈請示，一面派人告訴賈似道：「元軍尚未渡江，議和納貢是可以的。今沿江諸郡均歸附元朝，要議和，你應當親自來面談。」
賈似道自然是不想也不肯親自議和，因此調遣號稱百萬、實則十三萬的宋軍抵禦元軍。他令泰州觀察使孫虎臣以精兵七萬駐在池州附近的丁家洲，令淮西制置使夏貴率2500艘戰船在長江阻攔元軍，自己則率軍駐紮在蕪湖以南的魯港。
此外，賈似道還任命汪立信為端明殿學士、沿江置使、江淮招討使，讓他去建康府招募士兵來援助江邊的各個郡縣。汪立信沒有推辭，但臨行前將妻兒託付給心腹愛將，並說「我不負國家，爾亦必不負我」。此時他的心中應該抱了必死的決心。其後，當汪立信在蕪湖見到賈似道時，賈似道拍著他的後背哭著說：「不採用你的建議，以至於到了今天這個地步。」
二月中，元軍抵達丁家洲。伯顏命左右翼萬戶率騎兵夾江而進，炮聲隆隆，震撼百里，夏貴先逃，賈似道倉皇失措，立即鳴鑼收軍，宋軍大潰，主力基本瓦解。賈似道逃到揚州，夏貴逃到廬州，孫虎臣逃往泰州。其後，太平州知州孟之縉等歸順。當汪立信聽到宋軍兵敗的消息後，十分痛心，當晚喝酒並慷慨悲歌，然後自殺身亡。
期間，為攻宋獻計並立下戰功的劉整病逝，終年63歲。忽必烈贈龍虎衛上將軍、中書右丞，賜諡號「武敏」。
宋軍潰敗後，鎮江、寧國、隆興、江陰守臣皆棄城而去。三月，一路沒有遇到太多抵抗的元軍攻下建康（今南京），伯顏派人向忽必烈稟報大軍進展情形及其今後進軍方略，忽必烈大喜，准其所奏，並命伯顏作為行中書省丞相駐建康，阿塔海、董文炳為行樞密院官員駐鎮江，阿朮繼續進攻揚州。
當在建康的伯顏聽說汪立信獻的兩條計策且自殺而死後，十分感慨：「宋朝竟然有這樣的人、有這樣的計謀！如果用上了，我哪裡能到這裡啊。」伯顏命人找到汪立信的家人好好照顧他們，並說：「這是忠臣之家啊！」
當時江東遭遇饑荒，瘟疫流行，伯顏馬上下令救濟安撫，百姓得以安生，民心逐漸翻轉。
臨安不戰而降
在派伯顏南征的同時，忽必烈又派遣禮部尚書中都海牙及郝經之弟行樞密院都事郝庸前往宋朝詢問扣押使團一事。此時賈似道欺君誤國的陰謀也被揭破，南宋派總管段佑送郝經歸元。1275年夏，郝經回到朝廷，不久後病逝，終年53歲，諡「文忠」。
在賈似道兵敗、欺君陰謀敗露以及元軍占領建康直逼南宋都城臨安的情況下，朝野要求殺賈似道以謝天下。謝太后雖不願意，但在巨大的壓力下，最終只是將他流放到循州（今廣東龍川）。其後，押解賈似道的會稽縣尉鄭虎臣在押解途中將他殺死。賈似道在《宋史》中被列入奸臣之列。
賈似道被流放的同時，南宋致信伯顏，說扣押及殺死使團成員之事，朝廷實在不知，是邊將所為，可以按罪懲處，而且願意納貢，並請訂和約。伯顏認為這是宋朝為探虛實的詭計，但還是派人前去考察，不料使臣又為宋人所殺。
與此同時，忽必烈對伯顏如此進軍神速也有些擔心，便以天熱為由，讓其「勿輕入敵境」，可以暫時休兵，等秋天再進攻。在手下漢將張弘范的建言下，伯顏回奏道：「宋人據有江海，似無可虞。現在已卡住他們的咽喉，如稍有放鬆，他們就逃走了。」忽必烈認為伯顏更了解前線的情況，便准其所奏。
五月，因為西北諸王騷擾，忽必烈將伯顏召回，讓他北上平定海都叛亂，同時商議是否繼續進攻南宋。伯顏告訴忽必烈，宋朝現在十分脆弱，正是滅宋的大好時機，建議繼續進兵。忽必烈同意了他的建議，令其領兵進攻臨安，另派人北上平叛。七月，晉升伯顏為中書右丞相，以阿朮為左丞相，平江南之功讓於阿朮。
八月初，伯顏帶著給宋國皇帝的詔書回到行省。十月，圍攻揚州，未克，大軍南行至鎮江。十一月，伯顏分三路大軍水陸並進直逼臨安。此時的臨安亂作一團，不少官員紛紛離職逃走，各地守臣也時有丟印棄城者。謝太后無奈之下，下了一道哀痛詔，令各地起兵勤王，但唯有贛州知州文天祥和郢州守將張世傑率兵進入臨安護衛。彼時的文天祥散盡家資招兵買馬，數月內組織義軍二萬。
但此時的宋朝大勢已去。在元軍攻下無錫、常州後，伯顏派南宋歸降者游介實帶著忽必烈的詔書副本及伯顏諭令前往南宋朝廷。十二月，伯顏在無錫見到了帶著皇帝和太后書信的宋臣將作監柳岳等人，柳岳再次表示希望元軍停止進攻，願每年進貢和好，並說明奸臣賈似道失信誤國。伯顏則指責宋朝拘禁元使臣十六年及無故殺害使臣等種種不信不義的行為。
接到伯顏奏報後的忽必烈同意議和，伯顏遂派大將囊加歹前往臨安，隨後，囊加歹與宋尚書夏士林、侍郎呂師孟、宗正少卿陸秀夫攜帶宋朝國書來議和，尊世祖為伯父，宋皇帝世代行子侄之禮，每年貢銀二十五萬兩、帛二十五萬匹。
和議期間，伯顏仍令元軍繼續推進。文天祥建議讓謝太后、全太后、恭帝等入海，留下自己背水一戰，但沒有被允許。
1276年初，元軍進至嘉興，宋安撫使劉漢傑降，宋宰相陳宜中三次遣使議和，之後，宋恭帝遣使奉國璽及降表來到軍前，伯顏受納，派囊加歹隨宋使臨安知府賈餘慶還臨安，召宋丞相來議投降之事。這時，陳宜中等大臣帶著益王趙曰正、廣王趙籨逃往溫州，宮中只有謝太后及幼主，謝太后任命文天祥為丞相，派他去與伯顏談判。伯顏下令禁止軍士進入臨安城，並派遣呂文煥持黃榜安撫城中軍民。
文天祥等人到達元軍駐地後，堅持先撤軍後談判的立場。伯顏見文天祥臨危不懼，實屬難得人才，希望將其收在麾下，便打破元軍從不扣留使者的慣例，將他軟禁在營中，而讓其他人回報謝太后。
此時，在數月圍困之後，臨安一片混亂，疫病大作，「城中疫氣蒸蒸，人之病死者不可以數計」，而這也是南宋滅亡的徵兆。
走投無路的謝太后只好給伯顏送上傳國玉璽和取消宋皇帝稱號的降表。在將玉璽和降表送給忽必烈的同時，伯顏率左右將領入臨安巡視，接見宋朝宗室大臣，令鎮撫使唐古歹解散文天祥所招募的二萬餘義兵。隨後，撫諭臨安軍民，部署守城軍隊護衛宋朝宮廷，遣使招降衢州、信州等地。
二月初五，宋恭帝率文武百官投降，伯顏以臨安為兩浙大都督府，命忙古歹、范文虎管理都督府中，命張惠、阿剌罕、董文炳、呂文煥等入城，清理宋朝的錢糧，收繳百官誥命、符印、圖冊，廢除宋朝的官府衙門，將宋亡國之君移居於別處，並遣新歸附的宋朝官員去招降湖南北、兩廣、四川之尚未攻克的州郡。此外，還部署諸將分兵屯駐要害之地，禁止偷盜和破壞宋皇室陵墓。
當時董文炳入臨安城後，建議「國可滅，史不可沒。宋朝十六主，有天下三百餘年，其太史所記具在史館，宜悉收以備典禮」，於是將宋史及諸註紀五千餘冊保存起來，後送到國史院，這為後來撰寫《宋史》保留了很多可信的史料。
因為伯顏遵循忽必烈的叮囑，以曹彬為榜樣，臨安不戰而降，且入城後伯顏嚴格約束元軍，實行寬大安撫政策，因此「宋民不知易主」，「九衢之市肆不移，一代之繁華如故」。南宋朝廷歸順後，元朝得37府、128州、兩個關監和733縣，包括很多富庶的城市。
三月，伯顏偕同宋恭帝等人至上都，忽必烈親自召見恭帝，廢其帝號，封為瀛國公，後來恭帝和太后均出家。而伯顏則因功被拜同知樞密院，賜銀鼠青鼠只孫（元代內廷大宴時穿的官服）二十襲。
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