1225年被元太祖成吉思汗封於也兒的石河(今額爾齊斯河)上游和巴爾喀什湖以東一帶，建斡爾朵於也迷裏城(今新疆額敏縣)。
1229年9月13日(農曆1229年八月二十四日)，在拖雷、察合臺，鐵木格斡赤斤等宗王的擁戴下登基即位。
1230年，親伐金朝。1231年召開官山會議(今內蒙古九十九泉)，決定兵分三路進攻金。三年內佔領陝西南部、河南北部以及淮西一帶。1234年聯合南宋攻蔡州，1234年2月9日，金哀宗自縊，金朝滅亡。但與此同時，由於與南宋接壤，雙方的衝突日漸加劇，也拉開了雙方往後45年不斷爭戰的序幕。在南方戰線僵持不下之時，蒙古大軍的鐵蹄轉往東方的高麗，並使他們臣服，西線方面，蒙古大軍完全控制了波斯，並繼續西進，佔領了除諾夫哥羅德以外羅斯諸國的全部，以及波蘭和匈牙利的全境。
1241年12月11日(農曆1241年十一月初八)，窩闊臺因爲酗酒而突然暴斃，使他的西征進程被迫中止。當時大軍正朝往維也納推進，但爲了趕返參加位於蒙古的庫里爾臺大會而急忙撤軍，自此以後，蒙古大軍再也沒有踏足這片土地。
窩闊臺去世後五年，一直都由他的皇后乃馬真專政，直到1246年8月24日窩闊臺的兒子貴由繼任爲止。
在位期間，制定蒙古地區值百抽一的賦稅制，無水處挖井，遷牧民居住。設驛站，制定烏拉制(驛站服役)，加強了蒙古本土與佔領地區之間的聯繫。1235年築蒙古首都哈剌和林城，建萬安宮。
制定中原和西域的賦稅制度，令耶律楚材主持中原賦調，麻合沒的滑剌西迷主持西域賦調。爲了加強對中原地區的統治，立中書省，以耶律楚材爲中書令，粘合重山爲左丞相，鎮海爲右丞相。置十路徵收課稅使。始行交鈔。立燕京編修所和平陽經籍所。
封孔子五十一世孫孔元措爲衍聖公，修孔廟，試諸路儒士，中選者除任本地議事官外，還得四千零三十人，免除他們的賦稅。爲加強蒙古統治階級的統治權，任命失吉忽禿忽爲中州斷事官，設治燕京(今北京)，“主治漢民”。1238年，將中原課稅以二百二十萬兩賣給回回商人奧都剌合蠻，並命他爲提領諸路課稅所官，加重了中原人民的負擔。1240年命張柔伐宋。
