烈立即与南宋和谈，返回华北与留守蒙古本土的七弟阿里不哥争夺汗位。1260年5月5日忽必烈在部分宗王和蒙汉大臣的拥立下于开平（即上都，今内蒙古多伦县北石别苏木）自立为蒙古大汗，年号中统。忽必烈登基后不久，阿里不哥在蒙古帝国首都哈拉和林召开库里尔台大会，被阿速台等宗王和大臣选立蒙古大汗，并获得钦察、察合台与窝阔台汗国的支持。争夺汗位战争最后于1264年8月21日由阿里不哥兵败投降，忽必烈稳固其位。忽必烈汗为了成为中国皇帝而推行汉法，主要内容有改元建号，1267年忽必烈汗迁都中都（今北京市），并命刘秉忠兴建中