继位成吉思汗帝位的是成吉思汗孛儿只斤·铁木真第四子：孛儿只斤·拖雷；而忽必烈则是托雷第四子，其继位关系如下：
成吉思汗生前分封诸子，拖雷留在父母身边，继承父亲在斡难和怯绿连的斡朵儿、牧地和军队。成吉思汗留下的军队共有约12.9万人，其中大部分(10.1万)都由拖雷继承。
1227年成吉思汗去世后，三儿子孛儿只斤·窝阔台继位，拖雷监国。1232年率军击败金军，在回军途中病逝。其长子孛儿只斤·蒙哥即位后追上尊号，谥“英武皇帝”，庙号“睿宗”。
蒙古宪宗九年（南宋开庆元年、1259年）8月11日，蒙哥在四川合州钓鱼山病逝。9月19日，在四川的忽必烈异母弟末哥派来的使者向忽必烈宣布这个消息，并请忽必烈北归继承帝位。忽必烈则认为“吾奉命南来，岂可无功遽还？”于是进攻南宋，并多次获胜；
至元八年（南宋咸淳七年、1271年）12月18日，忽必烈将国号由“大蒙古国”改为“大元”，从大蒙古国皇帝变为大元皇帝，“大元”国号正式出现，忽必烈成为元朝首任皇帝。至元九年（南宋咸淳八年、1272年）二月，采刘秉忠议，改中都为大都，宣布在此建都。
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死因争议
拖雷是一位军事家，他掌有蒙古军队的80%，拥有强大的军事实力。在攻金战役中，他更表现出卓越的军事才能。在蒙古宫廷斗争中，这不能不引起其兄窝阔台的忌恨。1232年夏，由于天气酷热，拖雷只得率军回师，后在途中得病而死。
另一说，他是被窝阔台害死的。当时拖雷从金国班师北还途中，窝阔台装神弄鬼，拖雷侍奉他，珊蜜巫师念着咒文，将窝阔台的疾病涤除在水杯中。拖雷对兄长爱戴，便拿起杯子祈祷，喝下了杯中除病的水，于是窝阔台病愈，拖雷告辞启行，不久便去世了。
但这当然只是一种传说，拖雷饮的水中很有可能是被巫师甚至是窝阔台投放了毒药。拖雷终年40岁，葬处不详。
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