公元1229年秋，蒙古宗王和重要大臣举行大会，推选新大汗。大会争议了40天，宫廷内有人恪守旧制，主张立幼子拖雷，反对成吉思汗的遗命。此时术赤已死，察合台全力支持窝阔台；拖雷势孤，只得拥立窝阔台。经过与会贵族的再三敦促、劝进，窝阔台终于服从其父的遗旨，采纳众弟兄的劝告，继承汗位，是为元太宗。
实施新政
窝阔台执政以后，命人严守成吉思汗所制定的法令，对于成吉思汗死后的犯罪者一律降恩赦免，以后的犯罪仍依法惩处。当时礼仪典章都很简率，窝阔台重用耶律楚材等人进一步健全了蒙古的法律制度和政治制度。
窝阔台继位后即任命楚材主持黄河以北汉民的赋调。当时近臣别迭等认为：“得了汉人也没有什么用处，不如全部驱杀，使中原草木茂盛，成为牧地，也好放牧牛羊。”楚材劝告窝阔台说：“在这样广大富饶的地方，什么东西求不到？怎么能说没有用呢？”他建议在中原地区维持原来的农业手工业生产，征收地税、商税以及酒醋盐铁等税。窝阔台同意他试行。公元1230年耶律楚材奏立10路课税所，正副使都委派儒生担任。他并奏准军、民、财分职，长吏专理民事，万户府总军政，课税所掌钱谷，各不相统摄。这些都遭到蒙古权贵和汉人王侯的强烈反对，但课税所还是坚持了赋税的征收。第二年秋天，窝阔台到西京（今大同），楚材已将征收到的银、币和米谷簿籍陈放在大汗面前，一共是银50万两，绢八万匹。粟40万石。窝阔台大喜，赞叹道：“你的本事真大，不知道南国是否还有你这样的人材！”当天将中书省印授给楚材，让他负责黄河以北的政事。
为便利使臣的往来和物资调运，窝阔台实行了“站赤”制度，也就是驿传制度。成吉思汗时代，一切赋役都是任意索取、征调。窝阔台确定了固定的牧区赋税制度。窝阔台还在汉人地宅中设置了万户、千户。加上由耶律楚材主持黄河以北汉民的赋调，这就使得蒙古在灭金战事中有了黄河以北地区的兵力和财力的支持。
灭金伐宋
成吉思汗的去世使攻灭金国的计划推迟了两年。公元1229年，窝阔台即位之后，立即按照成吉思汗规划的灭金战略发动了对金朝的进攻。
公元1230年秋，窝阔台与拖雷率军渡过大漠南进．兵入山西，渡过黄河，与陕西蒙古军会合，直取风翔（今陕西风翔县）。次年春，蒙古军攻破凤翔，金放弃京兆大片领上，扼守潼关，退保河南。
公元1231年夏，窝阔台回居庸关北的官山（今内蒙古单资北灰腾梁）大会诸侯王，商敢攻金之策。窝阔台采纳拖雷的意见，决定分兵三道进征：窝阔台自统中军．渡河向洛阳进发；斡赤斤以左军由济南进；拖雷总右军，由宝鸡南下，通过宋境，沿汉水达唐、邓，以成包抄之势。约定于次年正月三军会师汴京。
公元1231年秋，窝阔台亲统兵马围攻河中府城（今山西永济西），金兵拼命抵抗，打了两个月，才将城攻破。接着蒙古军由白坡渡河，进屯郑州；金卫州节度使弃城逃到汴京，黄河防线被冲毁。
拖雷率军攻破大散关，攻入汉中，从金州（今陕西安康）东下，取房州、均州，渡过汉水，进入邓州。公元1232年春，拖雷精骑与完颜合达军在钧州（今河南禹县）西北的三峰山大会战。金军35万精锐部队几乎全军覆没。蒙古军攻下钧州，俘杀完颜合达。潼关守将也献关投降，河南十余州均被蒙古攻陷。窝阔台与拖雷在钧州会师。公元1232年3月，窝阔台命大将速不台进围汴京，自己与拖雷北返。
速不台围攻汴京，金哀宗遣使议和，而汴京军民奋力抗战，用震天雷、飞火枪等火药武器打击蒙古军。聚众达250万人口的汴京城内一片混乱，入夏后瘟疫流行，死者达90余万人以上。城中乏粮，居民至人相食，满城萧然，死者相枕。公元1233年初，金哀宗带部分臣僚和军队出奔，辗转逃至归德。这时，金汴京西面元帅崔立杀留守完颜奴申等献城投降。四月，速不台在青城接受崔立送出的金后妃、宗室和宝器。速不台杀金荆王、益王等全部宗室近属。遣人送后妃和宝器给窝阔台，而后进入汴京。
六月，金哀宗从归德逃奔蔡州（今河南汝南），蒙古将领塔察儿率部围攻，因军中缺粮，将士困惫，蒙古要求南宋联合攻蔡，宋廷感到向金复仇的机会来了，派出2万军队，送粮30万石，帮助蒙古攻蔡。公元1234年春，宋军攻破南城，蒙古军攻破西城，金哀宗在幽兰轩自缢而死，金国灭亡。
早在公元1215年，金将蒲鲜万奴叛金自立，盘踞辽东。公元1229年，窝阔台即位后，即遣撒礼塔、吾也而等领兵进辽东，取盖州、宣城等十余城，金朝辽东行省控制的辽东南部地区尽为蒙古占领。公元1231年，蒙古军侵入高丽，包围王京，高丽王降，至此，辽东只剩下万奴的割据势力。公元1233年二月，窝阔台遣皇子贵由，宗王按赤带（合赤温子）、国王塔思（木华黎孙）统左翼军讨伐万奴。九月，蒙古军攻占都城南京（今吉林延吉市东城子山），蒙古军占领辽东，后二年，置南京、开元2万户府镇戍和管辖这个地区。
灭金之后，蒙古军队北还休整。南宋当权者没有坚持要求蒙古兑现以河南地归宋的诺言，却同意以陈、蔡西北地属蒙古。他们抱有幻想，没有足够的警惕防范蒙古入侵，反而企图乘机出兵收复三京（西京洛阳、东京开封、南京归德）与河南其他地方。
公元1234年六月，庐州知州全子才奉诏率军万人至汴，汴京人杀蒙古所置长官崔立降宋。宋兵西进，洛阳人民也开城迎纳宋师。恰在这时，窝阔台在蒙古诸王大会上已决定大举南侵。塔察儿率军将不堪一击的宋军击溃，迅速收复了洛阳、汴京。窝阔台派使者指责宋朝发兵入洛，宋朝只得屈辱求全，寄望于议和。公元1235年，蒙古军分两路攻宋。东路军由皇子阔出、诸王口温不花（别里古台子）、国王塔思等统率，汉军万户史天泽等从征。八月，蒙古军入唐州，末将全子才弃军逃遁。十月，阔出统大军攻陷枣阳，引兵西掠襄阳、邓州等地。公元1236年，襄阳宋将叛降蒙古，城中储积的大量粮食、军器、金银尽为蒙古所得。公元1237年，蒙古军又攻克光州（今河南潢川），抄掠随州、复州（今湖北天门）等地。公元1238年，塔思率军攻下安庆府（今安徽潜山），劫掠而还。由于宋军拼死抵抗，蒙古军被迫后退。
蒙古侵宋的西路军由皇子阔端、都元帅达海绀卜等统率，汉军万户刘黑马等从征，进取四川。公元1236年，阔端率主力由大散关南下，取风州，攻破武休关，入兴元（今陕西汉中），进取大安（今陕西宁强）阳平关，末将曹友闻率部坚守，终因救援不至。寡不敌众，全军尽没。另一路蒙古军由宗王穆直、大将按竺迩等率领，取宕昌、阶，文诸州，复陷龙州（今四川江油），遂与阔端军会合，一起攻破成都。不久，阔端引兵退出。宋朝渐将失地收复。公元1238年（嘉熙二年），达海绀卜等又率军攻入四川，陷隆庆（今四川剑阁）。次年，攻打重庆，继而东下万州（今四川万县）、夔州（今四川奉节），受挫而还。公元1241年，蒙古军复入蜀，破210余城，兵民惨遭屠掠。
窝阔台时期的侵宋战争，使荆襄、四川、两淮的许多地方遭到蹂躏。但其主要目的在于掠夺财物，同时在南宋各地军民的抗击下，蒙古军也受到了不少损失，未能在所攻占的地区建立统治。
继续西征
公元1235年，窝阔台召诸王大会，决定征讨钦察、斡罗思等未服诸国，命各支宗室均以长子统率出征军，万户以下各级那颜亦遣长子从征。出征诸乇以拔都（术赤长子）为首，实际统兵作战的主将是速不台，出征军的人数约有15万。
公元1236年春，蒙古诸王和速不台等率师出发，秋天抵达不里阿耳，与先已在那里的拔都兄弟会合。速不台统先锋军取不里阿耳。诸王会商后，各率本部兵征进。蒙古军攻破不里阿耳都城，杀掠之后将此城焚毁。…
