出于1236年蒙古侵宋时战死，窝阔台又欲立阔出的长子失烈门为继承人，但没来得及立诏，窝阔台却突然病死于行猎之中。乃马真皇后称制后，在位五年间，为了给儿子大创继承汗位的条件，滥行赏赐宗室和大臣，以取得他们的拥护。贵由即位后，乃马真后仍在干涉政事，数月后乃马真后去世，贵由亲政。1248年秋，贵由进行西征，讨伐拔都。同年三月，身虚多病的贵由突然病情恶化，闭目逝去，时年43岁，在位不满两年。此后汗位转入拖雷一系。
孛儿只斤·蒙哥是拖雷长子，其四弟即元世祖忽必烈，公元1251年7月，宗王大臣们共同拥戴蒙哥登基，蒙哥即位后，窝阔台系诸宗王拒绝承认，后来率兵镇压，又以弟忽必烈领漠南汉地军政事务。1252年六月，命弟忽必烈南征大理国。1254年1月，忽必烈攻克大理城，国王段兴智投降，大理国灭亡。段兴智前往漠北觐见蒙哥，被蒙哥任命为大理总管，子孙世袭。公元1258年农历七月，蒙哥亲率主力进攻四川，一路所向披靡。公元1259年初，在合州钓鱼城下攻势受阻，后中箭重伤而死。
公元1260年，忽必烈在开平即汗位，开始按中国传统的王朝年号纪年。公元1271年，建立元朝，随后南下灭南宋，统一全国。但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。忽必烈的妻子察必于公元1281年先他去世，五年之后他选定的继承人真金早逝。或许由于这些个人悲剧的刺激，忽必烈开始酗酒，并且毫无节制地暴饮暴食。他的体重迅速增加，越来越肥胖，并被因酗酒而引起的疾病折磨得痛苦不堪。与此同时，他的一些政策也遭到了失败，公元1294年2月18日，忽必烈在大都病逝，享年七十九岁。
孛儿只斤·铁穆耳是忽必烈之孙、皇太子真金第三子，在其母阔阔真与大臣伯颜等人的支持下即位。铁穆耳在位期间，停止对外战争，罢征日本、安南，专力整顿国内军政。采取限制诸王势力、减免部分赋税、新编律令等措施，使社会矛盾暂时有所缓和。同时，发兵击败西北叛王海都、笃哇等，都哇、察八儿归附，使西北长期动乱局面有所改观。在位时基本维持守成局面，但滥增赏赐，入不敷出，国库资财匮乏。晚年患病，委任皇后卜鲁罕和色目人大臣，朝政日渐衰败。公元1307年驾崩，铁穆耳后继无人，埋下了元朝中期皇位争夺战的隐患。
孛儿只斤·海山是铁穆尔之侄，弟弟是仁宗爱育黎拔力八达。铁穆尔无嗣而崩，爱育黎拔力八达发动政变，