忽必烈生於1215年，是成吉思汗幼子拖雷的第四個孩子，他的生母是唆魯禾帖尼。據說他是成吉思汗最鍾愛的孫子。從小，忽必烈就同父親拖雷一起征戰沙場，父親去世時他才17歲。然而直至過了而立之年，忽必烈才掌握重要領導權。儘管成吉思汗指明瞭繼承權的分配問題，子女們也遵循了他的遺囑，但是到成吉思汗孫子輩掌權的時代，蒙古國已經變得四分五裂。成吉思汗的兒子窩闊臺汗死後，其妻子昭慈皇后統治了一段時間，後來她的兒子貴由繼承了王位。
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貴由汗死後，其遺孀欽淑皇后宣佈攝政。後來，蒙哥當選爲蒙古國大汗，他是拖雷和唆魯禾帖尼之子。蒙哥汗死後，忽必烈兄弟之間展開對王位的激烈爭奪。其中最小的弟弟名叫阿里不哥(稱爲蒙古草原上的“家族守護者”)，他有着身爲金帳汗國的汗王哥哥拔都，以及馳騁北方草原的侄子海都的支持。王位的下一位繼承者本是忽必烈，但是阿里不哥的支持者反對忽必烈執政，認爲他過於“漢化”，行爲舉止不夠“蒙古化”。
元時期地圖，除元朝本土以外還有四大汗國，即欽察汗國、窩闊臺汗國、察合臺汗國與伊利汗國。四大汗國名義上聽命於元朝皇帝，但實際上各自爲政。
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但是在領導草原大軍大舉南下攻打宋朝這一點上，忽必烈證明了自己是個十足的“蒙古漢子”。他把成吉思汗創立的戰術同從中原和穆斯林軍隊那學來的圍攻戰術相結合，在取得戰役勝利的同時也證明了自己的軍事才能絲毫不遜於任何一位蒙古大將。他學習漢族文化的長處，例如他把漢族博大精深的文化知識和科技發明與蒙古人的民族傳統和驍勇善戰相結合。然而，在蒙古人中的保守派看來，忽必烈對漢族文化的鐘情無疑意味着對蒙古民族的背叛。
1260年，忽必烈突然與宋朝停戰，揮兵西北向其弟阿里不哥的駐地哈爾和林進軍。忽必烈大軍攻下哈爾和林後，利用該城同阿里不哥軍隊作戰。終於在 1264 年，迫使阿里不哥對哥哥忽必烈臣服。忽必烈對弟弟進行了大赦，還爲其分配了土地，但是忽必烈並沒有放過那些在阿里不哥身邊鼓動其造反的人。忽必烈的侄子海都拒絕歸順，其後30年間一直伺機襲擾中國邊境。
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忽必烈此後再也沒有回到蒙古人的首都——哈爾和林，而是折返中國，回到被譽爲人間仙境的花園之城——上都。由於宋朝在忽必烈討伐阿里不哥期間違反了雙方簽訂的停戰協定，所以忽必烈返回中國後便發動了對宋朝的新一輪進攻。這番作戰，忽必烈又在傳統蒙古人作戰策略的基礎上制定了一條新戰法：由於之前蒙古軍隊在攻破那些頑強抵抗的城池後進行了殘忍地劫掠和屠城，這一做法廣爲人知，他充分利用漢人對於蒙古人戰爭方法的熟悉和了解，主動提出如果各地能夠投降蒙古，蒙古人必將與漢人和平相處。忽必烈的保證，加上他對難民的善待，贏得了漢人的信任。1276年，年僅7歲的宋朝皇帝歸順蒙古。此後忽必烈繼續征討散落在中國東南部的宋朝殘餘勢力，並攻下廣州，對最後的抵抗者發起海上打擊。然而，事實上在宋朝皇帝投降蒙古的那一刻之前，忽必烈就已經取得了對宋朝戰爭的勝利。
