在西征途中，窝阔台之子贵由与拔都不和，时起冲突。1240年，窝阔台下令贵由率军返回蒙古。1241年，窝阔台病死，当时贵由尚在途中，于是由窝阔台之后脱列哥那暂摄国政。脱列哥那主张由其子贵由继承大汗位。按照惯例，大汗应由诸王贵族的忽里勒台选出。这时察合台也死，蒙古诸王中以战功卓着之成吉思汗长孙拔都威望最高。可是拔都因与贵由不和，所以拒绝参加大会，致使此会迟迟不能召开，脱列哥那执政长达4年，最后于1246年召开忽里勒台，选出贵由为大汗（1246—1248），而拔都仍只派其弟代自己参加。
关于蒙古大汗位的继承，成吉思汗并未规定明确制度。一方面大汗生前可以指定某一个儿子为继承人，另一方面又保存了须经忽里勒台推选的制度。统治阶级对大汗位的争夺无时不在酝酿之中。贵由汗只执政两年就死了，谁来担任大汗又起争执。这时成吉思汗的子孙分成两派，一派是以拔都为首的术赤系诸王和拖雷系诸王。拔都为大汗长孙，战功卓着，拥有钦察草原及俄罗斯之广阔封地。
拖雷因系成吉思汗幼子，一直随侍在侧。成吉思汗死后又得其封地及大帐财产，从大汗12万兵士独得10万余人，势力强大。拖雷四子蒙哥、忽必烈、旭烈兀、阿里不哥也都是着名的王公。所以这时拔都支持蒙哥在贵由死后继承大汗位，如此则大汗位将转入拖雷系的控制中。但这一意见遭到窝阔台系、察合台系的反对，他们主张大汗位由窝阔台第三子阔阔出的长子失烈门继承，即把大汗位仍保持在窝阔台系。这一争执拖延好几年，直到1251年，才由拔都定议，召开忽里勒台，选出蒙哥为大汗（1251—1259）。
蒙哥即位后，首先镇压反对自己当选的窝阔台系诸王，把他们谪迁，处死其下面的贵族70余人，并以巫蠹罪杀贵由，然后进行一些改革，限制蒙古诸王贵族随意向民间征敛，加强对权力的控制。随即又派遣大军四出侵略。
长兄蒙哥即大汗位后，忽必烈以皇弟之亲，受任总理漠南汉地军国庶事，南驻爪忽都之地。忽必烈青年时期就结识中原儒生，请他们讲解三纲五常，治国平天下之道，这时更推崇儒学，任用儒生刘秉忠等协助理政，整饬邢州吏治，用汉法治理中原，整顿河南军政，由此渐得一些汉人地主的支持，并屯田唐、邓，收到积极效果。
1252年，蒙哥为攻打偏安江南的南宋政权，派其弟忽必烈率兵先征服云南，忽必烈率大将儿良台合、树合也只烈等南下，他们从宁夏出发，经甘肃、四川后又分兵三路入云南，忽必烈率领的中路大军，来到金沙江边，不畏江水汹涌湍急，乘革囊渡过金沙江，入永胜、丽江，占领了鹤庆、剑川一带，开始攻大理，因上关城池坚固攻不下来，改由苍山背后，攻占大理国都城羊苴咩城。
“革囊”这种特殊的交通工具，对没有乘坐过的人说来，是很难想象的，其实就是羊皮筏子，好像今天的橡皮船一样，用它来载人运物、穿越急流险滩。元世祖忽必烈就是乘坐“革囊”渡过金沙江进入云南的，清人孙髯翁在着名的《昆明大观楼长联》中，曾用“元跨革囊”4个字概括忽必烈征跟云南的壮举。善于骑马射箭的蒙古的统帅忽必烈不骑马，而是跨革囊，这可是一段有趣的事。
大理国士段兴智选列都阐
（今昆明）企图募兵抵抗。元军攻下大理后，驱兵直追，大理国布缕
（国相）高泰祥在姚州战死，国士段兴智被俘，历时300余年的大理国到此灭亡。顾祖禹在《读史方舆纪要》中赞道：“吾观从古用兵，出没恍惚，不可观睨者，无如蒙古忽必烈灭大理也。自临洮径行山谷二千余里，金沙江济，降摩狄