大蒙古国成立后，不断发动对外战争扩张其疆域。
1218年，蒙古灭西辽。1219年，成吉思汗西征中亚花剌子模，一直进攻到东欧的伏尔加河流域，于1225年东归。1227年，灭西夏，成吉思汗也在对西夏的远征中去世。成吉思汗去世后，第三子窝阔台继位。1234年，蒙古联合南宋彻底灭金。1241年，西征的蒙古军队一度逼近东欧腹地。1246年，招降吐蕃。1253年，忽必烈远征西南，灭大理。
蒙古军队的对外战争中将大量敢于反抗的地区破城之后人口被屠杀和奴役。众多民族受到了残酷而不公正的民族压迫，难以计数的人口和财产在战火和随后的瘟疫、饥荒及自然灾害中损失，对战火涂炭地区而言也是少有的黑暗时期。
蒙古汗国大汗蒙哥于1259年在四川攻打合州时暴死，终年52岁。随后，阿里不哥谋求在哈拉和林召开“忽里勒台”大会以即大汗位。与此同时，忽必烈与南宋议和后返回开平府。
1260年农历三月，忽必烈在汉人地主阶级及部分蒙古宗王的支持下即位称帝；四月，忽必烈设立中书省，总管国家政务；五月，忽必烈颁布《即位诏》法令，并建元中统。 阿里不哥亦称汗，并与忽必烈随即展开了四年的汗位（帝位）战争。
1264年阿里不哥战败，忽必烈夺得蒙古汗国的最高统治权。 忽必烈推行的“行汉法”主张，明显违背了蒙古传统，造成许多蒙古贵族的不满，拒绝归附忽必烈汗国，结果导致其他几个蒙古汗国纷纷敌对。这场内战让四大汗国先后脱离独立，直到元成宗时期才承认元朝为宗主国。
四大汗国
四大汗国是成吉思汗建立的大蒙古国在阿里不哥与忽必烈的汗位之争走向分裂后，在蒙古帝国基础上建立的几个主要汗国。
四大汗国包括两种说法，一是元朝（又称大汗汗国）与察合台汗国、伊尔汗国和金帐汗国构成的四国， 二是除了忽必烈的元朝外，四个相对独立的国家，又称“兀鲁思”，分别是金帐汗国（又称钦察汗国）、察合台汗国、窝阔台汗国、伊利汗国。
今主流看法是支持第二种居多，因只有元朝皇帝享有蒙古大汗的尊号，又先后册封国各汗国首领，在元朝攻灭不肯臣服的窝阔台汗国后，其余各汗国意识到自己无法与元朝强大的军事经济实力相抗衡，再次选择臣服于元朝。
成吉思汗并非只是分封了四大汗国，而是分封了八大兀鲁思（加上庶妻生子阔烈坚为九大汗国、由于诸史都没有明确记载其封地故而未算）历史界公认蒙古大帝国的分裂是在阿里不哥和忽必烈时代。
先说成吉思汗四大儿子封国中的情况，术赤汗国最终演变成了钦察汗国；察合台汗国在忽必烈与阿里不哥争位之时，势力得到了进一步的扩充，为了争取察合台的后裔阿鲁忽的支持，忽必烈答应他统治扩大到从按台山（阿尔泰山）到阿母河之兀鲁思和诸部；上述这两个汗国与其说是由成吉思汗最初的封国演化而来的，不如说是由后来的宗王镇戍演变而来的更为贴切。
窝阔台正式继承成吉思汗成了蒙古大汗，死后汗位传给儿子贵由。贵由汗死后，汗位却落入了成吉思汗另一位儿子拖雷后裔的手中。这
时蒙古大汗的继任人蒙哥是拖雷的儿子，他即位之后镇压异己，将窝阔台的分地分成了数块时块，分别授与窝阔台的数个后裔，最大程度的削弱联合在一起的窝阔台后裔的力量。其中，分在叶迷立地区的禾忽是窝阔台汗国的正式继承人。
至元十三年春，禾忽叛乱，失败后投奔窝阔台的另一个后裔海都。蒙哥将窝阔台的封地分成数块时，海都被分到了海押地区，海都在忽必烈夺位成功后，讨逆，接着用武力吞并了大片土地，其中包括整个原属窝阔台的封地。
不过，海都并非是窝阔台封地的直接继承人。（禾忽才是），因此说，海都所建立汗国与其说是“窝阔台汗国”，还不如是“海都汗国”更为贴切。海都之乱持续了数十年，他的后裔察八儿投降了大元。汗国被元朝和察合台汗国所瓜分。元将所获得的窝阔台汗国的部分领土并入了岭北行省中。
成吉思汗的四子拖雷的长子蒙哥当了蒙古大汗。蒙哥汗死后，继承拖雷封地的是他的四弟阿里不哥，而非忽必烈。但阿里不哥在与忽必烈争任蒙古大汗时失败，投降了忽必烈。阿里不哥所继承的封地因此也受元朝岭北行省所管辖。
再说到蒙古东部成吉思汗兄弟封国的情况，成吉思汗的兄弟帖木哥斡赤斤的后裔乃颜、纠集了合撤儿的后王势都儿、合赤温的后裔哈丹于至元二十四年叛乱。
元世祖忽必烈亲征，击败叛军，俘获乃颜，立即处死，势都儿、哈丹先后投降。后来哈丹再叛，逃窜入高丽，至元二十八年兵败自杀。元世祖忽必烈平定叛王之后，在叛王封地内设置了万户府，在东北设置行省进行管辖等措施来削弱藩王的权力。虽然，成吉思汗的四兄弟的家族仍旧封王，但地位已经大不如前，要受到岭北行省和辽阳行省的节制。
“伊利汗国”被一些人拿来与钦察汗国、大汗汗国（元）、察合台汗国并称为忽必烈时代的“四大汗国”，这个汗国其实并非是成吉思汗分封的。
一二五三年蒙哥汗从各支贵族中抽调兵力西征波斯、阿拉伯地区，遣其弟旭烈兀领导，但并没有将其地授与旭烈兀。蒙哥汗死后，阿里不格与忽必烈争位，忽必烈为了取得旭烈兀的支持，便将阿母河以西的波斯、阿拉伯等地区授其作主，于是伊利汗国便成立了。所以，伊利汗国可以说是由宗王镇戍演变而来的。