忽必烈年輕時，對中國歷史文化頗有心得，因他對漢地最為熟悉，蒙哥即位後就把漢地交給他管理。
中國歷代皇帝中，他最崇拜唐太宗，為了開創另一大唐盛世，並改善漢地紛亂的情況，他延攬大批漢人加以倣傚，並在金蓮川設置幕府，負責規劃和執行重建漢地的工作。他因「行漢法」及推崇儒教，被當時的儒者尊為「儒教大宗師」。

他攻滅大理國後，一反蒙古入城屠殺的作法，約束下屬不得任意屠殺，此舉不僅引起蒙古王公的不滿，還一度被蒙哥汗猜忌，但也因此建立起自己的聲望。

元朝建立

忽必烈治理漢地的經驗，使他認識到：蒙古唯有與漢家文化融合，蒙古帝國才有能長久立足於世。不過蒙古人大都不認同他行漢化的主張，因此他有感於自己必須成為大汗，理想才有可能實現。有鑑於此，蒙哥死後，他即在漢地自立為大汗。

由於他自行稱汗及推行漢法，明顯違背蒙古的傳統，引起阿里不哥等貴族的不滿，隨即展開四年內戰，最後阿里不哥兵敗。雖然忽必烈取得勝利，但他「行漢法」主張還是使許多蒙古人拒絕歸附他，導致四大汗國紛紛脫離，使他的政權只及於中國與蒙古本土。

忽必烈即帝位後，取《易經》中「大哉乾元」之意，訂國號為「大元」，並設立三省六部和司農司等一系列專司機構，也任用了大批儒臣推行朝政。經濟上，擴大屯田、興修水利，以增加農業生產；政治上，廣行漢法，定朝議、主官制及制法律等；官吏任用上，任用賢能，懲治貪污；文化上，興學校、重教育，獎勵文士，頒行八思巴蒙古新字；交通上，為了鼓勵對外進行經濟文化交流，在全國各地設置驛站，使交通四通八達。

此外，他還建立儒戶這個戶籍，以優待讀書人，後來又恢復了科舉制度，並將儒家學說中的程朱理學，定為官方思想。這一系列措施，使戰爭破壞的經濟、文化，得到迅速的恢復和發展，創造了元代鼎盛的局面。

重用郭守敬治水利、改曆法

元世祖忽必烈即位後，重用許多漢人處理國事，其中一位是著名科學家郭守敬。忽必烈接見郭守敬時，對他的真材實學十分激賞，很感慨地說：「讓這樣的人去辦事，才不會是擺空架子吃閒飯的啊！」

郭守敬到西夏一帶去整治水利，那裡經過多年戰亂，河道淤塞、土地荒蕪，生產遭到嚴重破壞。郭守敬經過詳細勘察後，發動民工疏濬一批原有的渠道、水壩，並開挖一些新河道。不出一年時間，九百多萬畝農田灌溉暢達，從而糧食豐收，百姓生活也改善了。

為了加強大都到江南的交通運輸，忽必烈又派他勘測水路交通情況。經過郭守敬的勘測、設計，不僅修通原來的運河，還新開鑿一條從大都到通州的通惠河，此後江南到大都的水路運輸，就暢通無阻了。
忽必烈滅南宋以後，十分重視農業生產的恢復。農業生產要用曆法，蒙古一直使用金朝頒布的曆法，但這種曆法誤差很大，連節氣也算不準。元朝征服江南以後，南方用的又是另一種曆法，南北曆法不一，顯得很紊亂。

有鑑於此，忽必烈決定統一曆法，下令成立訂曆法的機構，取名為太史局，負責太史局的是郭守敬的同學王恂。郭守敬精通天文、曆法，也被從水利部門調到太史局，和王恂共同主辦改曆工作。

郭守敬根據大量數據，以兩年的時間，編出一部新曆法叫《授時歷》。這種新曆法，比舊曆法精確許多，算出一年有三六五、二四二五天。這部曆法同現在通行的公曆周期相同，但郭守敬的《授時歷》比歐洲人確立公曆的時間早了三百零二年。

發動征服戰爭

忽必烈穩固政局後，便對南宋展開軍事行動，他用了六年時間攻陷襄陽，大敗宋軍，陸秀夫抱八歲的小皇帝趙昺跳海自盡，南宋滅亡，元朝統一全中國，結束了中國自唐末藩鎮割據以來，近四百年的分裂局面。

隨後，元帝國向東征服高麗，向南平定大理、西藏和安南，向西由中亞進入歐洲，席卷俄羅斯、波蘭、匈牙利，最後放眼天下也剩一個彈丸島國日本了。忽必烈要求日本舉國來朝以通和好，如不通好，將至用兵令日本「王其圖之」。當時天皇政府討論五個月，最後回復以：「書辭無理，不能接受。」

忽必烈大怒，發動九百艘戰船及三萬二千餘人東征日本。戰爭開始階段，元軍取得了很多輝煌戰果。後來颱風乍起，由於不熟悉地形，元軍停泊在灣口的艦隊一片混亂，不是互相碰撞而傾翻，就是被大浪打沉。午夜後颱風漸停，但暴雨又降，加上漆黑一片，落海的兵卒無法相救。元軍怕日軍趁機來襲，下令冒雨撤軍回國。日本朝野對突如其來的颱風趕走元軍十分驚喜，在內展開了大規模拜神活動，稱之為「神風」。此役日本史書則稱之為「文永之役」。

後來，忽必烈又發動第二次日元戰爭，史稱「弘安之役」。此次規模更大，十餘萬人聲勢浩大。但兩個月後，又遇到一場巨大的颱風，元軍戰船「縛艦為城」，因而在「波如山」的颱風襲擊下，震撼擊撞、舟壞且盡，軍士號呼溺死海中如麻。在颱風襲擊下，蒙古東路軍損失三分之一，江南軍損失一半，一些靠近海岸的士兵被日本人屠殺或溺死。蒙古人第二次東征日本，又以慘敗而告終。

此外，征戰安南歷時三十四年，結果損兵折將，除獲一個藩屬外，可說是得不償失；對八百媳婦一隅之地，也始終不曾征服。忽必烈對外的武力發展，在非一帆風順的情況下，逐步走向一個飽和點。

漢化失敗，朝政由盛而衰忽必烈改革蒙古舊制，實行漢法，任用漢人，並吸收漢族文化中的有益之處。這使得中國文化在元朝時得以繼續發展。文學形式上以元曲著稱，與唐詩、宋詞共同為後世所推崇；繪畫藝術也在宋朝的基礎上，達到又一顛峰時期。

元帝國同時是一個開放的國家，對於來華的外國人持歡迎的態度。馬可波羅來到中國受到忽必烈的器重，多次被派遣出使各地。他親眼目睹帝國疆域之廣大和繁榮，與他遊歷所經的歐洲、西亞等各國對比之下，產生忽必烈大汗為「世上從未見廣有人民、土地、財貨之強大君主」的說法。

元王朝實現了空前的統一，經濟繁榮，社會安定。本來做為一個大一統的王朝，元帝國可以有相當長的歲數，但由於改變蒙古人的觀念不很容易，加上日本出征失敗，因此忽必烈在推行漢法方面，身邊蒙古貴族反對的聲音始終大於支持，也使忽必烈治理中原的理想遭到些許阻力。忽必烈晚年受病痛所苦，加上愛妻與皇太子先後去世，更使他的病情加劇。至元三十一年，叱吒風雲的忽必烈，終因病辭世，享壽八十歲。@*
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