使者带来了蒙哥在四川钓鱼城去世的消息，并催促忽必烈北归。此时45岁的忽必烈正打算渡过淮河进入宋境。就在忽必烈犹豫不决之时，接到了妻子的传信。
信中说他的幼弟阿里不哥正在调兵遣将，意图夺取汗位。忽必烈闻出了叛乱的味道，于是便同意了南宋支付岁币来换取两国划江为界的提议，掉头返回蒙古，集中精力应对即将升级为内战的汗位之争。这也使得南宋得以继续残喘20年。
此时摆在忽必烈眼前的是阿里不哥在蒙古西部的和林宣布称帝，而金帐汗国的统治者别尔哥因为宗教和领土问题成为了死对头。
帝国岌岌可危。为了挽救帝国，忽必烈在开平召开库里勒台，在部分宗王大臣的拥戴下登基成为了大蒙古国的皇帝。他更改蒙古旧制，采行汉法，建立与中原经济基础相适应的中央集权制封建政权。以汉地丰富的人力物力为依托，出兵击败了阿里不哥。
没过多久，金帐汗国的别尔哥、南俄的别儿哥、察克台王国的阿鲁忽在数月中相继离世。没有了后顾之忧的忽必烈重新放眼南方，他的传奇一生才刚刚开始。
忽必烈深知以中原为基地进行统治的重要性，于是他称开平为上都，又下诏将燕京命名为中都，并舍弃了蒙古传统的首都哈拉和林。
在夏冬两季往返于上都和燕京之间，燕京成为了忽必烈驾驭两个世界的最佳地点，同时这也是燕京成为今日华夏首都的原因之一。今天BJ的紫禁城就是在忽必烈都城的基础上所建。
一切准备就绪后，57岁的忽必烈取《易经》“至哉坤元”之意，将国号由大蒙古国改为大元，从大蒙古国的皇帝变为了大元皇帝。
为了使自己的统治更加合法化，忽必烈引入佛教，建立了宗教体制和国家体制并行。一切都走上正轨的忽必烈将重新开启征服世界的战争。
南宋境内相较蒙古和中国北部的故城截然不同，这里河流纵横，城市布局复杂，长江天险更是让南宋的都城临安易守难攻。
城内备足了火药和粮食，这对于不善于攻城战的蒙古人来说更是难上加难。忽必烈决定建立一支水师，顺着汉江自北而下破宋。
1273年襄樊失陷，南宋防御体系崩溃。三年后，南宋太皇太后谢道清代宋恭帝出降，奉上了传国玉玺和降表，南宋都城临安失陷。
此后元军开始着手消灭南宋的残余势力，直到忽必烈65岁这一年，宋元双方在崖山外海进行了最后的海战，史称崖山之战，宋军战败，南宋至此灭亡，正式实现了自唐朝以来的又一次大一统。
在攻克襄阳的同时，忽必烈还因为小日子当时的执政者北条时宗不肯向自己臣服而发动了中日战争。他任命征东元帅忻都统帅蒙汉军2万人，连同高丽军1万人，乘300艘战船和500艘小艇，从高丽南部海岸的马山起航，跨越了50km海面到达了对马岛。
对马岛历来就是从大陆攻击日本的踏脚石，乃是兵家必争之地。在岸上蒙古人痛击了小日子武士，鲜血染红了海水。虽然小日子凭借着武士精神进行了顽强的抵抗，但是蒙古军队在战斗力和战术方面都远远高于小日子。
加上威力强大的火药武器震天雷，很快便取得了战斗的胜利。蒙古人常胜水下50km外的下一块踏脚石一岐岛，在那里小日子遭遇了同样的结局。
拿下一岐岛后，蒙古舰队来到了由博多城控制的海湾内，也就是今天的小日子福冈。忽必烈的军队在海上如入无人之境，轻而易举地便在海滩成功登陆。
在战斗中小日子第一次遭受到了爆炸武器的攻击。而乱无章的防御和匹夫之勇使得蒙古人突破自如，很快便向内陆纵深渗透，烧毁了许多附近的村子。
然而蒙古人虽然在战场上压制住了小日子，但却不擅长山地作战，无法突破九州岛崎岖的地形，进入九州腹地。
加上主帅刘复亨重剑受伤，蒙古人只能暂时撤回船上，小日子则逃离海滩避难，躲在首府太宰府内。就在蒙古人计划第二天如何向小日子发动进攻的时候，天气变得越来越坏，当夜意外到来的台风刮翻了蒙古军队200多艘战船，多人溺亡。忻都只好率领剩余船只撤退回国。
在征服南宋之后，65岁的忽必烈于1280年春发动了对小日子的第二次战争。元军这次入侵小日子的规模要远远大于第一次，兵力达到了15万之多，大小船舶近5000艘。
可战争的结果却出乎所有人的预料。为了凑齐足够多的战船，忽必烈要求高丽国王在半年的时间内为他造好2000艘战船，否则就要兴师问罪。高丽王只好用平底船代替V字形的海船，整个船底没有一块完整的船板，都是由小木块拼凑而成的豆腐渣工程。
这也间接导致了船只的整体结构强度不够。没有海战经验的元军乘坐了这些在江河行驶的平底船进行了一次航海远征，这也是有史以来最大的航海舰队，直到诺曼底登陆时记录才被打破。
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