窝阔台的夫人和近臣们怀疑唆儿忽黑塔尼姐妹对成吉思汗及窝阔台大汗心怀不满，这才乘宴饮的机会，给了窝阔台毒药，毒死了窝阔台，这是蒙古史上窝阔台死因之谜。
大臣认为饮酒过量会导致一个人死亡，同时认为说大汗死于非命，是对大汗的污辱。因此这些大臣坚决反对对此事进行追查。其他宗王也支持他们的意见，于是这场窝阔台之死的风波才平息了。
窝阔台死后经过乃马真脱列哥那称制、贵由汗和斡兀立海迷失的一共十年统治，成吉思汗的小儿子拖雷的儿子蒙哥继位。蒙哥派他的弟弟旭烈兀西征，西征军攻占当时仅剩下美索不达米亚的伊斯兰哈里发首都巴格达。旭烈兀征叙利亚阿尤布王朝，攻占大马士革和阿勒颇。蒙哥在进攻南宋的四川时战死，旭烈兀回师争位，之后留下的由怯的不花统帅的二万蒙古军队在今以色列的加利利的阿音札鲁特战役败于马木留克王朝，标志着蒙古帝国未能扩展到非洲。
窝阔台时，蒙古灭金朝。蒙古进攻高丽王国，并迅速攻占除开最南端外的全部高丽王国领土，高丽王室退守汉城城外的海域附近的江华岛，之后高丽国分为主战派和主和派，并且已经臣服于蒙古帝国；但是当时半岛上的高丽三别抄义军一直抵抗之后才臣服。
窝阔台灭金之后，兵分三路大举入侵南宋，另一路征伐高丽国；但是窝阔台不幸去世，蒙古军撤军，之后所占疆土为南宋军队收复。后来经历乃马真脱列哥那、贵由汗、斡兀立海迷失的统治，期间对南宋的攻打限于边境的侵袭战争；到了蒙哥汗即位，才开始再次大幅扩张。
在旭烈兀西征的同时，蒙哥率领三路大军征伐南宋。蒙哥在四川合州的钓鱼城久攻不下，在一次战斗中中流矢受伤，不久就不治身亡了。正在进攻鄂州的蒙哥的弟弟忽必烈和从安南入侵南宋的兀良哈台军于是北返，忽必烈在开平自称大汗。在战胜也自称大汗的弟弟阿里不哥之后，忽必烈开始营建大都，改国号为大元，蒙古文称为大元大蒙古国，是为元朝的开始。经过对南宋的多年征战，元军终于灭宋。
蒙古曾征伐越南陈朝北部地区，灭宋之后，元朝军队又两度攻打越南北部的陈朝和南部的占城，陈朝与他的宿敌占城联合才击退了入侵军。元军开始进攻缅甸北部的蒲甘王国，攻入蒲甘王国首都，之后又撤出该地区，元军对爪哇岛发动的海上远征也失利了。
忽必烈两次派军征伐日本，文永之役、弘安之役，但均以失败告终，一般认为台风是造成失败的最大原因。
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