忽必烈即位后，採纳僧子聪等幕僚的建策，依据汉人封建王朝的传统，颁布即位诏，称皇帝。自成吉思汗建立蒙古国家以来，从未建立年号。忽必烈始建元“中统”，下诏说：“稽列圣之洪规，讲前代之定制。建元表岁，示人君万世之传。纪时书王，见天下一家之义。法《春秋》之正始，体大《易》之干元。”表明他是中原封建王朝的继承人。
忽必烈借鑑了蒙古、金、宋等国的政治制度，设立行省制度，对某些特殊地方则灵活採用不同的制度，如对吐番地区就採用政教合一的制度。这个制度在军事、政治、经济等方面都是服务于多民族统一国家的。为了同一个目标，元朝实行了非常特殊的户籍制度，重新开凿大运河，使原来水陆并用的大运河成为真正的运河。开闢海运，用了三十年时间，开闢了从刘家港（今上海）至直沽的近海航行。陆路交通也大力开拓，设驿道、驿站，被称为“星罗棋布，脉络相通”。
他还充分利用原蒙古西征的有利条件，发展了同中东、欧洲的交往。元人形容为：“适千里者如在户庭，之万里者如出邻家。”他允许并鼓励各国商人在国内经商或经营国际贸易，对各种宗教、文化採取兼容并蓄政策，甚至欧洲的商人、教士往来中国和欧洲之间。忽必烈还亲自询问威尼斯商人尼哥罗兄弟，了解欧洲状况。后来尼哥罗的儿子、着名的马可·波罗居中国17年，为官元朝，写下了名着《马可·波罗游记》，为东西方文明的沟通起到不可替代的作用。罗马教庭也派出众多教士来中国传教，在大都、杭州、泉州、扬州等地都设立了教堂。
西方天文、数学、历史、地理、医学都进入中国，如欧几里德几何学就在那时传人中国。忽必烈甚至让阿拉伯建筑师黑迭儿参加元大都皇城和宫殿的设计和建设。中国使节也到达法国、义大利等欧洲国家。商船还到达非洲，元人汪大渊随船到达今坦尚尼亚等国，他还遣使索马利亚、摩洛哥。摩洛哥商人长住在中国，大批精美的中国瓷器远销摩洛哥。忽必烈创立的元朝，是中国历史上同世界交往空前的朝代。
忽必烈不但结束了中国长期的南北分裂状态，而且实现了辽东、漠北、西域、吐番、云南等地区的空前大统一。特别是吐蕃地区首次併入版图，使中国幅员远胜汉、唐。他还使各民族人员空前大批相互流动，形成元帝国文化多样性的显着特色，尤其是精通汉文化的各族文人学者的涌现，更是前朝没有的盛事。这其实奠定了中华帝国真正统一的基础。
只是，忽必烈对内实行蒙古人高于其他族人的歧视政策，特别是对汉族的横徵暴敛，残酷压迫，激起中原人民的不断反抗。到他身后的几个皇帝，荒淫腐败，终于导致农民起义不断，直至被推翻。
1294年2月，忽必烈病逝于大都，享年80岁。葬在漠北起辇谷(在今克鲁伦河上游肯特山南麓)。忽必烈一生知人善任，重视建军治军，维护国家统一。他主张政治与军事并用，战抚兼施，注重集中兵力，避免两线作战；善于运用远程奔袭、迂回、围歼以及步兵、骑兵、砲兵、水兵联合作战等战法，夺取胜利，为元朝的建立和巩固做出了重大贡献。
第五部分：从流浪汉到开国皇帝的宋太祖
不能不说的皇帝元世祖忽必烈(5)
任命郭守敬建造北京城
1262年，张文谦向当政者推荐郭守敬“巧思绝人”。元世祖忽必烈召见了32岁的郭守敬。忽必烈惊讶于这个年轻人的才学，这个年轻人陈述了6条治水建议，每说一条，忽必烈都禁不住感嘆说：“任事者如此，人不为素餐矣。”
一个新生政权在其初始阶段，总透着干练与做事的高效率，任人唯贤也是贤明智慧的当权者得以功成名就遵循的一个基本原则。一个马背上建立起来的帝国，在一般人眼里充满野蛮杀戮的帝国，他的君王竟有如此贤明的一面，竟对科学技术如此着迷和认可。正因为有了忽必烈不拘一格的赏识，郭守敬跳过了许多条条框框，被很快任用，先是提举诸路河渠，四年后，他有了副河渠使的官职。
1264年，元将首都定在大都，即今天的北京。此时在忽必烈周围，已形成一个以刘秉忠和郭守敬为代表的技术智囊班子。同年，郭守敬随有举荐之恩的张文谦到了今天的宁夏、甘肃和内蒙古一带，主要的一项工作仍然是治水。此时的郭守敬基本都是常年奔波野外。
第二年回到都城，他被任命为都水少监，开始参与设计北京城最初的水利工程。然而1274年，他的老师刘秉忠死了。忽必烈命郭守敬和王恂接手刘秉忠开始的天文历法修改工作，参与这项工作的还有张文谦、张易和许衡。
星空与大地，有多少秘密在等待人探索发现呢？“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。”从47岁到49岁，是一个人创造力最活跃最旺盛的时期吗？这一时期，郭守敬直接领导了着名的授时历的制订工作，同时，他开始创造性地制作出简仪、高表等一系列天文仪器。带着制作完成的仪器上了朝，郭守敬在忽必烈面前指陈历制，从早朝到太阳下山，看得入迷的忽必烈都没有觉出疲倦。
得到最高领导者的欣赏，郭守敬对工作有了进一步的打算，“设监候官14员，分道而出，东至高丽，西极滇池，南逾朱崖，北尽铁勒，四海测验，凡27所”。