1276年2月4日，元军攻入临安，宋恭帝奉上传国玉玺和降表，南宋灭亡，元朝掌握全国性政权。1279年3月19日，南宋海上流亡政权残余的最后一支抵抗力量被消灭。
1281年正月，忽必烈命令元军兵分两路远征日本，但仍然失败。
晚年去世
忽必烈的妻子察必于1281 年先他去世。五年之后他亲自选定的皇位继承人真金早逝。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，至1294年2月18日（元至元三十一年正月二十二日），忽必烈病逝。
为政举措
政治
忽必烈恢复的行政机构治愈了一个世纪之久的战争创伤。宋朝灭亡后，元朝保留了宋朝的机构和全部行政官员，而且还尽一切努力得到了当时任职官员们的个人的效忠。
在位期间，忽必烈注意选用人才，重用汉臣，如董文炳（忽必烈称其为董大）、刘秉忠、张弘范等，任命色目大臣阿合马掌管国家财政。采用汉法，建立各项政治制度。如在地方上建立行省，中央设中书省，开创我国省制之端。他设立“司农司”、“劝农司”等专管农业的机构，以劝农成绩作为考核官吏的主要标准，并令人编辑《农桑辑要》于至元二十三年颁行全国。为加强对边疆地区管理，开辟中外交通，在各地建立驿站，巩固了对全国各地的统治。
经济
忽必烈发明了“钞”即纸币。他把钞票引入流通领域，并使它成为财政的基础。1264年，他颁布了一条法令，公布了用纸币来计算主要商品的价值。他的第一任“理财”大臣是穆斯林赛夷阿札儿，他把钞票的发行维持在合理的限度内。随后继任的几位大臣们开始轻率行事，他们两人实行无限制的通货膨胀政策，使钞票贬值。在聚敛钱财时，他们采取多次兑换钱币的方式和建立了重利专卖的办法。阿合马于1282年被暗杀，他死后受到忽必烈的贬责。桑哥因贪污被处死。为了阻止原钞票的下跌，有必要发行新的钞票，以免轮到新币贬值。这也许是忽必烈最初使用“钞”时始料未及的事情。
为了备荒，忽必烈恢复了王安石之后被取消的国家控粮的政策，在丰年，国家收购余粮，贮藏于国仓。当荒年谷价上涨时，开仓免费分发谷物。他还组织了公众救济，将稻米和玉米定期分发给急需的家庭。1260年法令要求地方长官对老学者、孤儿、病弱者提供救济。
民族
忽必烈力图与儒家保持良好关系。在开始建设大都的1267年，他下令建造太庙并且制作祭奠祖先所需的祖宗牌位，而且他选定了国家的历法，这是农业社会统治者必不可少的工作。他的王朝名称的选择对于儒士将是一个最重要的信号。采纳富有汉地象征的汉语名称将表示忽必烈希望和中国某些传统融为一体。1271年，在刘秉忠的建议下忽必烈从《易经》中选择了“大元”作为国名。元的涵义是“乾元——天地万物的起源”或者“原始力”，但最重要的是，新朝代的名号直接出自汉族传统经典著作之一。
忽必烈赞同用传统的中国方式记载元朝历史的建议，这也使他得到儒士的称赞。儒学重视过去，强调利用历史经验指导行为，所以它为这种官方认可的编年史工程提供了依据。他还建议朝廷在翰林院下建立翰林兼国史院以搜集记录并且撰写辽史和金史。
宗教
允许回回人组成实际上自治的社团以回回宗师作为领导，由哈的为他们解释穆斯林法律。回回居民区有他们自己的集市、医院和清真寺，不禁止他们使用自己的民族语言，也不禁止他们遵循伊斯兰教意旨。事实上，忽必烈任命回回人在财政机构担任重要职位并给予他们特权。他豁免他们常规的赋税，并且招募他们担任汉人极少能够担任的达鲁花赤。
1264年忽必烈建立总制院管理吐蕃并监督政府和佛教僧徒的关系，八思巴成为总制院的第一位行政长官。在敌对的佛教派别必里公派领导的反叛中，八思巴在吐蕃的权威受到挑战，但1267年忽必烈调兵帮助这位年轻的佛教教长恢复了权力。1268年忽必烈的军队打垮了持异议者后，他虽然恢复了八思巴的权力，但又安置了一位蒙古人为吐蕃的宣慰使来帮助控制吐蕃。
1258年忽必烈在佛道辩论中对佛教的支持使他不为道教所喜爱。然而他为道教驰名的法术所吸引，并承认他们对较低阶层群众有吸引力。因此朝廷为建设道观提供资金，并向他们提供佛教已得到的相同豁免和特权。一些道教领袖意识到需要与佛教和蒙古人相容共处，并且首先寻求儒、佛、道三家的和解。
忽必烈甚至还寻求获得中国数量不多的基督教徒和外国基督教徒的支持和协助。在忽必烈即位以前，基督教使者已经到达蒙古宫廷，例如约翰·普兰诺·加宾尼和鲁不鲁乞，而且几位工匠例如著名的手工艺人威廉·布涉曾为大汗蒙哥服务过。但忽必烈采取更关切的态度邀请和招募外国基督徒。
人物评价
总评
忽必烈作为一个征服者给被征服地区的人民带来了浩劫，但在历史上仍能获得不错的评价。忽必烈是一个比较成功的新秩序建立者。他是少数能够重视汉文化，推崇儒术的蒙古统治者之一。虽来自游牧民族，但十分重视中原农业的恢复和发展。 北京大学历史系教授张帆认为，忽必烈的“历史功绩”在于他接受了汉文化。 马可·波罗将忽必烈尊崇为“诸君主之大君主或皇帝”，称赞忽必烈是“人类远祖阿丹（Adam）以来迄于今日世上从未见广有人民、土地、财货之强大君主”，并认为这是“彼实有权被此名”。
史书评价
《元史》：世祖度量弘广，知人善任使，信用儒术，用能以夏变夷，立经陈纪，所以为一代之制者，规模宏远矣。
历代评价
郝经：今主上应期开运，资赋英明，喜衣冠，崇礼乐，乐贤下士，甚得中土之心，久为诸王推戴。稽诸气数，观其德度，汉高帝、唐太宗、魏孝文之流也。
董文用：世祖皇帝仁孝英明，睿谋果断。爰从潜邸，有志斯民，植根干而佐理皇纲，聘耆德而讲明治道。始平大理，再驾长江，过化存神，有征无战。迨其龙飞滦水，鼎定大都，革弊政以维新，扩同仁而一视。规模宏远，朝野清明。内则肇建宗祧，创设台省，修举政令，登崇俊良；外则整治师徒，申严边将，布扬威德，柔服蛮荒。加以圣无不通，明靡不烛，守之以勤俭朴素，养之以慈惠雍和。收揽权纲，综核名实，赏罚公而不滥，号令出以惟行。万汇连茹，群雄入彀，削平下土，统正中邦。慕义向风，声教实朔南之暨；梯山航海，职贡无遐迩之殊。方且开学校而劝农桑，考制度而兴礼乐。国号体乾坤之统，书画焕奎壁之文。罄所有而酬战功，不待计而救民乏。听言择善，明德缓刑。钦福锡民，遇灾知惧。得《洪范》惟皇之理，过周宣修政之勤。以致时和岁丰，民安吏职。盖帝德克周于广运，故至公均被以无方。可谓文致太平，武定乱略，继一祖四宗之志，兼三皇五帝之功。
朱元璋：①元自世祖混一天下，宽恤爱人，亦可谓有仁心矣。 ②昔中国大宋皇帝主天下三百一十余年，后其子孙不能敬天爱民，故天生元朝太祖皇帝，起于漠北，凡达达、回回、诸番君长尽平定之，太祖之孙以仁德著称，为世祖皇帝，混一天下，九夷八蛮、海外番国归于一统，百年之间，其恩德孰不思慕，号令孰不畏惧，是时四方无虞，民康物阜。 ③惟神昔自朔土，来主中国，治安之盛，生餋之繁，功被人民者矣。
邵远平：遂辟雄图，混一中外；德威所指，无远弗届；建号立制，垂模一代；崇儒察奸，旋用旋败；英明克断，用无祗悔。
毕沅：帝度量恢廓，知人善任使，故能混一区宇，扩前古所未有。惟以亟于财用，中间为阿哈玛特、卢世荣、僧格所蔽，卒能知其罪而正之。立纲陈纪，殷然欲被以文德，规模亦已弘远矣。
魏源：元之初入中国，震荡飘突，惟以杀伐攻虏为事，不知法度纪纲为何物，其去突厥、回纥者无几。及世祖兴，始延揽姚枢、窦默、刘秉忠、许衡之徒，以汉法治中夏，变夷为华，立纲陈纪，遂乃并吞东南，中外一统。加以享国长久，垂统创业，轶辽、金而媲汉、唐，赫矣哉！且其天性宽宏，包帡无外。阿里不哥及海都、笃哇诸王，皆亲犯乘舆。对垒血战，力屈势穷，一朝归命，则皆以太祖子孙，大朝会于上都，恩礼宴赉如初。当南北锋焰血战之余，或离间以侍郎张天悦通宋而不信。敕南儒被掠卖为奴者，官赎为民。所获宋商、宋谍私入境者，皆纵遣之而不诛。置榷场于樊城，通宋互市，弛沿边军器之禁。其长驾远驭如是。宋幼主母子至通州，命大宴十日，小宴十日，然后赴上都。除弘吉剌皇后厚待之事别详《皇后传》外，其母子在江南庄田，听为世业。其后文宗时市故全太后田为大承天寺永业，市故瀛国公田为大翔龙寺永业，直至顺帝末，始夺和尚赵完普之田归官，直与元相终始。宋之宗室如福王与芮等，随宋主来归，授平原郡公，其家赀在江南者，取至京赐之。此外宗室多类此。即奸民冒称赵氏作乱者，从不以累及宋后，其优礼亡国也如是。思创业艰难，移漠北和林青草丛植殿隅，俾后世无忘草地。又留所御裘带于大安阁以示子孙。武宗至大中尝诣阁中发故箧阅之，则皆大练之服。西域贾胡屡献牙忽大珠，价值数万而不受。宫闱肃穆，无艳宠奇闻。至元八年，平滦路昌黎县民生男，夜中有光，或奏请除之，帝曰：“何幸天生一好人，奈何反生妒忌！”命有司加恩养。伯颜伐宋，谆谆命以曹彬取江南不戮一人为法。其俭慈也又如是，非命世天纵而何？惟功利之习不能自胜于中，故日本、爪哇之师远覆于海岛，王、阿、桑、卢掊克之臣相仍于覆辙，盖质有余而学不足欤！ …
