。后伯颜又统帅大军负责对窝阔台汗国海都汗的战争，元世祖忽必烈去世前，任命伯颜和不忽木等人为托孤大臣，1294年2月18日元世祖去世，1294年5月10日，伯颜和大臣们拥立元成宗铁穆耳登基称帝，元成宗登基后，官至开府仪同三司、太傅、录军国重事，依前知枢密院事，至元三十一年十二月二十五庚子日（1295年1月11日），伯颜病逝。大德八年（1304年），元成宗特赠宣忠佐命开济功臣、太师、开府仪同三司，追封淮安王，谥忠武。至正四年（1344年），元惠宗加赠宣忠佐命开济翊戴功臣，进封淮王，余如故。