海都、笃哇等的败降。忽必烈晚年，海都仍不断犯边。忽必烈命驻守畏兀儿地的诸王出伯征讨。1289年(至元二十六年)，海都军进逼和林，围攻皇孙铁穆耳，和林宣慰使怯伯等响应海都。忽必烈率军亲征，海都军西遁，收复和林，命伯颜镇守成宗即位，以宁远王阔阔出(忽必烈子)、驸马阔里吉思(汪古部长阿剌兀思曾孙)等驻防西北。1296年(元贞二年)，海都、笃哇军内分裂。宗王药木忽儿(阿里不哥子)、兀鲁思不花(蒙哥孙)等率领所部军一万二千人投归元朝。1298年(大德二年)，笃哇等袭击元军，元守将阔阔出、床兀儿疏于防御，驸马阔里吉思战败被擒。成宗命药木忽儿领兵反击笃哇，大败笃哇军。1299年，成宗派皇侄海山(答剌麻八剌子)代阔阔出镇守北边，总领漠北诸军，床兀儿及老臣月赤察儿等为辅。1301年(大德五年)，海都军东犯，海山等率元军与海都军大战于和林之北，海都军溃，海都在归途中病死。其子察八儿继立。1303年(大德七年)，笃哇、察八儿遣使"请命罢兵，通一家之好"，成宗许和。1306年(大德十年)，海山军越阿尔泰山，大败察八儿，察八儿降附笃哇。同年，笃哇死，成宗命其子宽彻继承察合台汗位。
元灭南宋
北方政局稳定后，忽必烈决定采用南宋降将刘整建议，集中力量攻取南宋汉水中游南北岸两大军事重镇襄阳(今湖北襄樊市汉水南市区)、樊城(襄樊市汉水北市区)。从1268年(至元五年)起，经过六年的围攻，终于在1273年正月破樊城，二月襄阳守帅吕文焕出降，撤除了南宋长江中游的屏障。1274年六月，忽必烈命伯颜为统帅，分两路大军南进。左军由合答统率，以刘整为前锋，由淮西出师。右军由伯颜和阿术统领，九月，自襄阳出发，沿汉水入长江。同时，命董文炳自淮西正阳南逼安庆，以为呼应。十二月，元水师入长江，克宋江防要塞阳罗堡。宋汉鄂舟师统帅夏贵逃走，汉阳、鄂州宋军降。伯颜留阿里海牙经略荆湖，自领水陆大军顺流而东，以吕文焕为前锋。宋沿江诸帅多为吕氏旧部，皆不战而降。1275年二月，贾似道被迫督诸路精兵，抵拒元军。这时，他仍企图奉币称臣议和，被伯颜拒绝，只好在池州下游丁家洲勉强与元军会战。宋军因内部不和，一触即溃。同年秋，伯颜从建康(今江苏南京)分兵三道趋宋都临安(今浙江杭州)。伯颜和阿塔海由中道节制诸军，水陆并进。1276年(至元十三年)正月，元军会集临安城北，二月，宋幼帝赵昆上表降元， 宋亡。但以文天祥为代表的一批南宋官员仍然坚持抗元斗争。直到1279年，元军才全部占领四川，又迫灭南宋卫王于崖山(今广东新会县南海岛)，最终完成了全国的统一。
元朝的统一，结束了自唐末藩镇割据以来国内南北对峙的分裂和战乱局面，促进了多民族统一国家的巩固和发展。