1263年五月，忽必烈升开平为上都，作为驻夏的纳钵。
1264年八月，又下诏燕京(金中都，金亡后称燕京)仍改名为中都，作建都的准备。忽必烈建立“大元”国号后，
1272年二月，采刘秉忠议，改中都为大都，宣布在此建都。
1273年，大都宫殿建成。次年正月元旦，忽必烈在正殿接受朝贺。元朝从此即定都在大都(北京市)。大都代替和林，成为元朝多民族国家的政治中心。至此以后，明、清两代，北京一直是国家的首都。
1274年，忽必烈命令屯戍高丽的凤州经略使忻都、高丽军民总管洪茶丘率兵15,000人，大小战船900艘出征日本。在日军坚决抵抗下，首战只获小胜，未能深入。不久，因台风将大部分战船毁坏，加上已兵疲箭尽，元军只得仓促撤回。
1275年二月，忽必烈派礼部侍郎杜世忠等出使日本。杜世忠等一到日本，就被镰仓幕府处死。
这一消息直到1280年才传到元朝。于是，忽必烈决心再次征讨日本。是年下半年，元朝征调军队(包括结集南宋新附军)，成立征东行省(亦称日本行省)主持征伐大计。
1276年2月4日，元军攻入临安，宋恭帝奉上传国玉玺和降表，南宋灭亡，元朝掌握全国性政权。1279年3月19日，南宋海上流亡政权残余的最后一支抵抗力量被消灭。
1281年正月，忽必烈命令元军兵分两路远征日本，但仍然失败。
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