公元1258年，蒙哥大汗兵分三路攻打南宋，一路忽必烈自北攻打武昌，一路兀良合台从大理绕道南部攻克交趾、安南再北上包抄，蒙哥自己率大军攻打南宋川蜀地区，不过川蜀守城的南宋将领顽强抵抗，期间大将汪德臣攻城时阵亡，心急的蒙哥率大军攻打钓鱼山城也阵亡了。由于蒙哥阵亡三路蒙军只好撤兵，而旭烈兀的西征也停止了。（公元1259年蒙哥在战场上阵亡，因而没有留下遗嘱谁继承蒙哥大汗，如果蒙哥只是病故就会下遗嘱，但问题是没有。）
(哈拉和林-元太宗窝阔台汗所建）
此后驻守漠北哈拉和林的阿里不哥发动兵变，挟持蒙古帝国朝廷自称继位蒙古大汗，派遣心腹阿蓝答儿自漠北发兵，距离忽必烈的开平府仅百里，被开平府的皇后斥责也退返。阿里不哥又遣脱里赤往漠南中原等地征兵，途中遇到北上的忽必烈，被忽必烈解散其新增的军队。
公元1260年忽必烈于漠南开平召开大会正式继承蒙古帝国大汗之位。《元史-世祖本纪》中统元年春三月戊辰朔，车驾至开平。亲王合丹、阿只吉率西道诸王，塔察兒、也先哥、忽剌忽兒、爪都率东道诸王，皆来会。帝即皇帝位。 由于哈拉和林被阿里不哥占据，忽必烈只能在开平（之后为上都）继位蒙古大汗。忽必烈的支持者包括旭烈兀大汗、蒙古帝国大将兀良合台、大将阿术（元帝国开国元勋，兀良合台子）、合丹（窝阔台第六子）、塔察儿（蒙古宗王、成吉思汗弟铁木格斡赤斤之孙）、郭侃、史天泽等中原汉族契丹族将领。其控制的范围包括漠南、中原、大理、吐蕃、西域，加上伊儿汗国及部分宗室，拥有蒙古帝国2/3的面积。加上本身就在蒙哥左右为将其正统地位不容置疑的。 （而阿里不哥宣称召开大会继承蒙古帝国大汗，但是蒙古帝国的原将领都不听从他的。据说金帐汗国和察合台汗国支持阿里不哥，但是忽必烈攻打阿里不哥时，就没看见阿里不哥有这些军队，既然阿里不哥自称是蒙古帝国大汗，就可以调遣察合台汗国、窝阔台系等军队，但实际根本没有。阿里不哥本来驻守哈拉和林就是防止窝阔台系的叛乱，窝阔台系也不大可能支持阿里不哥。）
《元史-世祖本纪》忽必烈继位诏书：
朕惟祖宗肇造区宇，奄有四方，武功迭兴，文治多缺，五十余年于此矣。盖时有先后，事有缓急，天下大业，非一圣一朝所能兼备也。先皇帝即位之初，风飞雷厉，将大有为。忧国爱民之心虽切于己，尊贤使能之道未得其人。方董夔门之师，遽遗鼎湖之泣。岂期遗恨，竟勿克终。（前讲成吉思汗创业至今，后讲蒙哥大有做为，竟勿克终。）
肆予冲人，渡江之后，盖将深入焉，乃闻国中重以佥军之扰，黎民惊骇，若不能一朝居者。予为此惧，驿骑驰归。目前之急虽纾，境外之兵未戢。乃会群议，以集良规。不意宗盟，辄先推戴。 （忽必烈渡江攻武昌后，听闻蒙哥阵亡，佥军之扰，黎民惊骇，不能一朝居者。于是飞速驰归，目前形势境外兵未息，于是召集诸王群臣，不是为了当盟主，而是希望谁推戴继任。）
左右万里，名王巨臣，不召而来者有之，不谋而同者皆是，咸谓国家之大统不可久旷，神人之重寄不可暂虚。求之今日，太祖嫡孙之中，先皇母弟之列，以贤以长，止予一人。虽在征伐之间，每存仁爱之念，博施济众，实可为天下主。天骣道助顺，人谟与能。祖训传国大典，于是乎在，孰敢不从。 （左右万里，诸王群臣不召而来的也有，不谋而同的皆是，都是因为国家大统不可以缺位。到今日太祖嫡孙之中，或者是蒙哥母弟里面， 最为年长也最有贤德，只有忽必烈，虽在征伐期间但也博施济众，实为天下之主，天道祖训在于此。）
朕峻辞固让，至于再三，祈恳益坚，誓以死请。于是俯徇舆情，勉登大宝。朕所不逮，更赖我远近宗族、中外文武，同心协力，献可替否之助也。诞告多方，体予至意！ （忽必烈再三辞让但是还是为大家的坚决推崇，于是勉登继位。希望远近宗族中外文武同心协力相助，诏告天下登基。）
同年，忽必烈以继承蒙古帝国大汗位后诏告天下，并以阿里不哥谋反为由征兵讨伐。《元史-世祖本纪》诏安抚寿春府军民。甲午，以阿里不哥反，诏赦天下。乙未，立十路宣抚司。
公元1260年9月，忽必烈下诏书讨伐阿里不哥不到6个月时间，阿里不哥全军覆没。《元史-世祖本纪》九月丁卯，帝在转都兒哥之地，以阿里不哥遗命，下诏谕中外。是月，阿蓝答兒率兵至西凉府，与浑都海军合，诏诸王合丹、合必赤与总帅汪良臣等率师讨之。丙戌，大败其军于姑臧，斩阿蓝答兒及浑都海，西土悉平。 (阿里不哥势单力孤，根本就没哪路亲王出兵支援他，所以关于其他汗国支持阿里不哥，元史里面是没有这个记载的。）
以上这些都是根据元史记载，与百科里面介绍的有较大差别。
公元1261年，忽必烈邀请金帐汗国别儿哥、伊儿汗国旭烈兀赴会，两者都答应前往，但再次召开的大会没开成。
公元1265年旭烈兀故，其子阿八哈继位并由忽必烈册封才继位；
公元1265年察合台汗国阿鲁忽故，忽必烈派八剌（察合台曾孙）继承察合台汗国位。
公元1266年别儿哥故，拔都之孙忙哥帖木儿继位，并接受忽必烈册封。
此时忽必烈仍然是蒙古帝国大汗，册封仍然是蒙古帝国属国。
而窝阔台汗国还未出现，公元1268年海都谋反建立窝阔台汗国，但海都并不是贵由、阔端、阔出之子，其建立窝阔台汗国根本就不是正统，而且一般四大汗国地图里面很少出现窝阔台汗国，也是由于领土狭小。并且最后被元帝国和察合台汗国给吞并了。元史里面还记载了海都是由忽必烈封地，不过蒙哥死后不久有多地出现谋反，最后这些都被忽必烈所平叛。
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