1263年五月，忽必烈升開平爲上都，作爲駐夏的納鉢。
1264年八月，又下詔燕京(金中都，金亡後稱燕京)仍改名爲中都，作建都的準備。忽必烈建立“大元”國號後，
1272年二月，採劉秉忠議，改中都爲大都，宣佈在此建都。
1273年，大都宮殿建成。次年正月元旦，忽必烈在正殿接受朝賀。元朝從此即定都在大都(北京市)。大都代替和林，成爲元朝多民族國家的政治中心。至此以後，明、清兩代，北京一直是國家的首都。
1274年，忽必烈命令屯戍高麗的鳳州經略使忻都、高麗軍民總管洪茶丘率兵15,000人，大小戰船900艘出征日本。在日軍堅決抵抗下，首戰只獲小勝，未能深入。不久，因颱風將大部分戰船毀壞，加上已兵疲箭盡，元軍只得倉促撤回。
1275年二月，忽必烈派禮部侍郎杜世忠等出使日本。杜世忠等一到日本，就被鎌倉幕府處死。
這一消息直到1280年才傳到元朝。於是，忽必烈決心再次征討日本。是年下半年，元朝徵調軍隊(包括結集南宋新附軍)，成立徵東行省(亦稱日本行省)主持征伐大計。
1276年2月4日，元軍攻入臨安，宋恭帝奉上傳國玉璽和降表，南宋滅亡，元朝掌握全國性政權。1279年3月19日，南宋海上流亡政權殘餘的最後一支抵抗力量被消滅。
1281年正月，忽必烈命令元軍兵分兩路遠征日本，但仍然失敗。
