戊戌選試、涼州會盟、蒙古第二次西征和蒙古第三次西征

拖雷監國兩年後於1229年舉辦庫里爾台大會，窩闊台被推舉為蒙古大汗[f]，後尊稱元太宗。1231年窩闊台汗率軍南征金朝，並命四弟拖雷自漢中借宋道沿漢水攻打汴京，隔年拖雷在河南三峰山之戰擊潰金軍。1234年蒙宋聯軍聯合攻破蔡州，金哀宗自殺，金朝亡。南宋雖然發起端平入洛以收復河南地，但是華北地區最後由全由蒙古佔領。窩闊台汗並在1235年定都哈拉和林（今烏蘭巴托西南）後，藉此率軍南征南宋以報復之，掠奪兩淮地區後北返。蒙古為了防止華北的漢人世侯叛變，派探馬赤軍（振戍軍）進駐漢地；進行兩次人口調查，將半數漢人分封給蒙古功臣[22]。由於需要人才治理國家，窩闊台汗接受耶律楚材的建議，於1238年命術忽德和劉中舉辦科舉，史稱戊戌選試。這次考試錄取東平楊奐等名士，為統治華北帶來不少人才，但後來以「當世或以為非便，事復中止」[24][25]。

西線方面，1235年窩闊台汗命朮赤長子拔都、貴由與蒙哥、速不台等第二代蒙古王子發起蒙古第二次西征，史稱拔都西征，總指揮為拔都與速不台。1236年至1242年間攻佔欽察草原、基輔羅斯等各公國與匈牙利、摩爾達維亞、波蘭、立陶宛大公國、波西米亞與捷克、摩拉維亞與斯洛伐克、威尼斯共和國、原南斯拉夫地區、保加利亞第二帝國、拉什卡、神聖羅馬帝國等等中東歐各國，攻佔與殺掠東歐北部與中部，1241年11月窩闊台汗去世，由皇后乃馬真脫列哥那監國，1246年3月的庫里勒台大會由其子貴由即位，後追尊稱元定宗。1247年吐蕃諸部歸附大蒙古，史稱涼州會盟。1248年8月貴由汗去世，皇后斡兀立海迷失立孫子失烈門並監國。然而在1251年7月的大會，因為拔都與兀良哈台大力支持拖雷系的蒙哥，使得窩闊台系的失列門失去汗位。蒙哥繼承汗位，後尊稱元憲宗[25]。

1252年蒙哥即位後推行中央集權化，在漢地、中亞與伊朗等直轄地設置行中書省，分遣拖雷系諸王分守各地，以其弟忽必烈總領漠南漢地大總督以管理漢地。忽必烈統治漢地期間任用了大批漢族幕僚和儒士，鞏固了華北地區，並且與兀良合台迂迴南滅大理，擴大南宋防線缺口。1258年高麗崔氏政權跨台，高麗成為藩屬國。同年蒙哥汗宣布兵分三路南征南宋，蒙哥汗率軍攻打四川合州（今重慶）、忽必烈攻打湖北鄂州（今武昌）、兀良合台由雲南晏當（今雲南麗江北部）直攻經過安南，進攻宋廣南西路而直攻荊湖南路，並兵臨潭州（今長沙），三軍意圖在華中會合，再大舉下長江圍攻臨安。隔年蒙哥汗在合州的釣魚城之戰戰死，忽必烈等人停止南征，北返奪位[6]。西線方面，蒙哥汗派其弟旭烈兀西征西亞，史稱蒙古第三次西征，1256年旭烈兀攻滅伊斯蘭教的暗殺組織木刺夷。1258年西征軍攻佔伊斯蘭哈里發最後領地美索不達米亞的巴格達。隔年敘利亞阿尤布王朝，1260年佔領大馬士革和阿勒頗。然而當旭烈兀得知蒙哥於南征南宋時去世的消息後，立即率大軍回師爭位。留下的蒙軍也在今以色列加利利的阿音札魯特戰役敗於埃及馬木留克王朝，第三次西徵結束[25]。