至元八年（1271），取《易经》“大哉乾元”之义，建国号为大元。
次年，确定以大都为首都。中央集权政治的重新确立，恢复了正常的统治秩序，对人民的赋役剥削限制在一定的数额之内，并采取了一些有利于农业和手工业生产的措施，如立司农司、垦荒屯田、兴修水利、限制抑良为奴等。但是，这个政权也保留了大量的蒙古落后旧制。这些制度在元代始终保留下来，严重地束缚了生产力的发展，使元代的社会矛盾愈益激化。同时，忽必烈又积极着手消灭南宋的战争，至元十一年，命伯颜大举伐宋。十三年，下临安，十六年最后消灭了流亡在崖山的南宋残余势力，完成了全国的大统一。元朝是中国历史上第一个少数民族统治全国的王朝，它初步奠定了中国疆域的规模。
全国统一后，忽必烈的保守、嗜利和黩武等消极因素都有了发展。他重用回回人阿合马。阿合马从中统初便主管中央财政，多方搜刮，权势日重。后阿合马独擅朝政。十九年，大都发生了王著、高和尚刺杀阿合马事件。此后，忽必烈又先后任卢世荣、桑哥专理财政，都以失败而告终。同期，忽必烈接连派遣军队远征日本、安南、占城、缅甸与爪哇，都遭到失败。但抗击海都、笃哇等西北诸王的侵扰和平服东北诸王乃颜叛乱，具有一定的积极作用。至元三十一年，忽必烈病逝。年80岁。葬漠北起辇谷(在今克鲁伦河上游肯特山南麓)。
忽必烈一生知人善任，重视建军治军，维护国家统一。他主张政治与军事并用，战抚兼施，注重集中兵力，避免两线作战；善于运用远程奔袭、迂回、围歼以及步兵、骑兵、炮兵、水兵联合作战等战法，夺取胜利，为元朝的建立和巩固做出了重大贡献。
