לאחר 1262, נקט ממשל קובלאי במדיניות של התפשרות בין שמירה על האינטרסים של המונגולים בסין ובין היענות לדרישות של נתיניו הסינים. קובלאי מיסד את הרפורמות שהציעו יועציו הסיניים באמצעות בירוקרטיה ריכוזית, הרחבת השימוש בשטרות כסף, ושמירה על המונופולים המסורתיים על המלח והברזל. הוא שיקם את מנגנון הפקידות הקיסרי והותיר את המבנה המנהלי של שושלות סיניות קודמות בלא שינוי. עם זאת, דחה קובלאי תוכניות להחיות את הבחינות הקיסריות הקונפוציאניות וחילק את החברה תחת שלטונו לשלושה, ואחר-כך לארבעה, מעמדות, כשהסינים בני האן הוצבו בתחתית הסולם. ליועצים הסיניים של קובלאי היו עדיין סמכויות משמעותיות בממשל, אבל מעמדם הרשמי היה מעורפל.
קובלאי הכין את מעבר בירת האימפריה המונגולית מקארקורום במונגוליה לחאנבליק ("עירו של החאן" במונגולית) ב-1264 בכך שבנה עיר חדשה בסמוך לג'ונְגְדוּ, הבירה לשעבר של שושלת ג'ין היורצ'נית ב-1266. ב-1271 תבע קובלאי רשמית את מנדט השמיים והכריז, בסגנון שושלת סינית מסורתית, כי 1271 היא השנה הראשונה של "יואן הגדולה" (大元). מקור שם השושלת בספר אי צ'ינג והוא מתאר את "מקור היקום" או "הכוח הקמאי". קובלאי הכריז על חאנבליק כ"בירה גדולה", בסינית 大都, תעתיק דָאדוּ, שם שהמונגלים נהגו לתעתק כדאידו. שמו המלכותי שונה לגְ'ה-יְוֵּ'אן (至元, בפין-יין: Zhìyuán) על מנת לבשר על תקופה חדשה בהיסטוריה של סין. אימוץ שם מלוכתי היה מתן גושפנקה לשלטון המונגולי באמצעות שילוב הממשל בנרטיב של רצף השלטון הפוליטי הסיני המסורתי. קובלאי קידם את דמותו הציבורית כקיסר מלומד בכך שהקפיד לנהוג על פי כללי הנימוס הקונפוציאניים ולקיים את טקסי הסגידה לאבות הקדמונים ובה בעת שמר על שורשיו כמנהיג מהערבות.
קובלאי חאן קידם את הצמיחה הכלכלית, המדעית והתרבותית. הוא תמך בסוחרים של רשת נתיבי הסחר של דרך המשי באמצעות הגנה על מערכת הדואר המונגולית, בניית תשתיות, מתן הלוואות שמימנו שיירות מסחר, ועידוד ההפצה של שטרי כסף (鈔, צ'או). פקס מונגוליקה (בלטינית: Pax Mongolica), "השלום המונגולי", אפשר את התפשטות הטכנולוגיות, המוצרים הבסיסיים (דוגמת מתכות) ותרבות בין סין למערב. קובלאי האריך את התעלה הגדולה מדרום סין לדאידו בצפון. השלטון המונגולי תחת קובלאי חאן היה קוסמופוליטי. הוא ברך על בואם של מבקרים זרים לחצרו, כדוגמת הסוחר הוונציאני מרקו פולו שחיבר את הדו"ח הידוע ביותר על סין תחת שלטון שושלת יואן שנכתב על ידי אירופאי. מסעותיו של מרקו פולו יהוו בעתיד השראה לרבים אחרים דוגמת כריסטופר קולומבוס לנסות לאתר נתיב למזרח הרחוק בחיפוש אחרי עושרו האגדי.
לאחר שחיזק את ממשלו בצפון סין, ישם קובלאי מדיניות של התפשטות על פי המסורת של האימפריאליזם הסיני והמונגולי. הוא חידש את המערכה הכבדה כנגד שושלת סונג בדרום. בין השנים 1268 ל-1273 הטיל צבאו של קובלאי מצור על שְׂיָאנְגְיָאנְג, המכשול האחרון בדרכו לאגן הנהר יאנגצה. ב-1274 נכשלה משלחת צבאית ימית בניסיון לפלוש ליפן. ב-1276 לכד צבא קובלאי את האנגג'ואו, בירת שושלת סונג והעיר העשירה ביותר בסין. נאמני שושלת סונג נמלטו מהבירה והמליכו נער צעיר כקיסר בינג. הם הובסו בקרב יאמן ב-1279. קיסר סונג האחרון טבע, ובכך בא הקץ על שושלת סונג. כיבוש סין שתחת שושלת סונג איחד מחדש את צפון סין עם דרומה בפעם הראשונה מזה כשלוש מאות שנים.
לאחר 1279 נתקל ממשל קובלאי חאן בקשיים כלכליים. המלחמות ומיזמי הבנייה רוקנו את אוצר הקיסרות. ניסיונות להגדיל את ההכנסה באמצעות הגדלת מיסים כשלו בגלל מעשי שחיתות ושערוריות ציבוריות. לקשיים הכלכליים התווספו מסעות צבא כושלים. הניסיון השני של קובלאי לפלוש ליפן ב-1281 כשל בשל טייפון עז, אותו כינו היפנים קמיקזה (神風, "רוח שמימית"), שהטביע את כל צי הפלישה. כישלונות צבאיים היו גם בפלישות לאנאם וצ'מפה (וייטנאם של ימינו) ולג'אווה. הצבא המונגולי אומנם ניצח במערכה בבורמה, אבל היה זה ניצחון פירוס. המשלחות הצבאיים סבלו ממחלות, אקלים עוין, ושטחים של צמחייה טרופית שלא התאימו לאופי הלחימה של הפרשים המונגולים. אף על פי שאנאם וצ'מפה ניצחו במערכה הצבאית הם הצטרפו לבורמה בכך שהכירו בהגמוניה המונגולית והפכו למדינות חסות המעלות מס לשושלת יואן.
סכסוכים פנימיים איימו על קובלאי בתוך האימפריה שבשלטונו. הוא דיכא מרידות כנגד שלטונו בטיבט ובצפון מזרח. אשתו האהובה ביותר מתה ב-1281 וכך קרה גם לבנו, יורש העצר המיועד. קובלאי הפך מדוכדך יותר ויותר ופרש מניהול חובותיו כקיסר. הוא חלה ב-1293 ומת ב-18 בפברואר 1294.
ההתדרדרות לאחר קובלאי.
לאחר שכבשו את ממלכת דאלי (כיום במחוז יונאן בדרום סין) ב-1253, מינו המונגולים את משפחת המלוכה הקודמת משושלת דְווָאן (Duan) לתפקיד טוּסְה (土司, בפין-יין: Tǔsī), מושלים כלליים, מטעמם. המינוי כפקידים ביונאן מטעם הקיסרות הוכר במשך מאות השנים אחר-כך גם על ידי שושלות קיסרי סין הבאות, שושלת מינג ושושלת צ'ינג. בניגוד לכך, נושא הירושה בשושלת יואן היווה תמיד בעיה קשה ומסובכת, שגרמה אחר-כך לסכסוכים ועימותים פנימיים. עובדה זו צצה כבר בשלהי כהונתו של קובלאי. במקור ייעד קובלאי את בנו השני גֶ'נְגִ'ין (真金, בפין-יין: Zhēnjīn) ליורש העצר, אך האחרון מת ב-1286, שמונה שנים לפני אביו. בתמיכת קוקג'ין (Kökejin), אלמנתו של גֶ'נְגִ'ין, ומפקד הצבא בָּאיְיֵן (Bǎiyǎn), מינה קובלאי לתפקיד את טמור (Temür), בנו השלישי של גֶ'נְגִ'ין. לאחר מותו של קובלאי עלה טמור על כס הקיסרות כקיסר טמור חאן או בשמו הסיני צֶ'נְגְדְזונְג (成宗, בפין-יין: Chéngzōng). הוא שלט על קיסרות יואן בין 1294 ל-1307. טמור המשיך במדיניות של סבו, כרת ברית שלום עם הח'אנות המונגוליות שבמערב כמו גם עם המדינות השכנות, דוגמת וייטנאם, שהכירו נומינלית בכפיפותן לשושלת יואן והעלו לו מס במשך כמה עשורים. עם זאת, השחיתות בממשל יואן החלה במהלך שלטונו של טמור חאן.
עם מותו של טמור חאן עלה אחיינו, קולוג חאן, על כס השלטון כקיסר ווּדְזונְג (元武宗, בפין-יין: Wǔzōng). פעולתו החשובה ביותר הייתה רפורמה מוניטארית שאותה כינה "הסדרים החדשים". במהלך ארבע שנות שלטונו (1311-1307), הלך והעמיק המשבר הכלכלי, בחלקו בשל החלטות שגויות של קולוג. בעת מותו הייתה סין שקועה בחובות כבדים וחצר יואן ניצבה בפני התמרמרות הולכת וגוברת של נתיניה.
קיסר יואן הרביעי בויאנטו חאן (איורברוואדה), אחיו של קולוג, עלה כס השלטון כקיסר זֶ'נְדְזונְג (仁宗, בפין-יין: Rénzōng). הוא נחשב קיסר מוכשר והיה הקיסר הראשון משושלת יואן אחרי שלטונו של קובלאי חאן שתמך ואימץ באורח פעיל בזרם המרכזי של תרבות סין, למרות ההתנגדות של חלק מהאליטה המונגולית. המדריך הרוחני שלו היה לִי מֶנְג (李蒙, בפין-יין: Lǐ méng), מלומד קונפוציאני. בויאנטו ערך מספר רפורמות, כולל חיסול המחלקה לענייני המדינה (尚書省, בפין-יין: Shàngshū shěng), ועקב כך הוציא להורג חמישה מהפקידים רמי המעלה. החל ב-1313 חידש את הבחינות הקיסריות עבור מועמדים לשרת בממשל, בהן נבחנו על מידת הידע שלהם בחיבורים היסטוריים חשובים. כמו כן הורה לאגד את החוקים לספר חוקים, להוציא לאור או לתרגם ספרים וחיבורים בסינית.
השנים האחרונות של שושלת יואן התאפיינו במאבקים, רעב המוני והתמרמרות בקרב האוכלוסייה. במשך הזמן איבדו יורשיו של קובלאי חאן כל השפעה על הנחלות המונגוליות האחרות ברחבי אסיה, בעוד שהמונגולים מחוץ לממלכה התיכונה ראו אותם כמי שהפכו ל"יותר מדי סינים". בהדרגה הם איבדו השפעה גם בסין גופא. תקופת שלטונם של קיסרי יואן האחרונים הייתה קצרה והתאפיינה בקנוניות ויריבויות. הם איבדו עניין במנהל ועקב כך הם התרחקו הן מהצבא והן מהאוכלוסייה וסין נקרעה מבפנים בשל מחלוקות ומתיחויות. פורעי חוק שדדו את האוכלוסייה באין מפריע מצד צבא יואן שהלך ונחלש.
קיסר יואן החמישי גגין חאן, בנו ויורשו של בוינטו, עלה על כס השלטון כקיסר יִינְגְדְזונְג (仁英宗, בפין-יין: Yīngzōng). הוא שלט שנתיים בלבד, מ-1321 עד 1323, והמשיך במדיניות של אביו לבצע רפורמות בממשל על בסיס העקרונות הקונפוציאניים, בעזרת ראש הממשלה החדש, בָּאיְג'וּ' (Baiju). במהלך שלטונו הוכרז רשמית על ה"המוסדות המקיפים של יואן הגדולה" (大元通制, בפין-יין: Dà yuán tōng zhì), אסופה גדולה של חוקים ותקנות של שושלת יואן שהכנתה החלה בימיו של אביו. גגין נרצח בהפיכה שבה השתתפו חמישה נסיכים מסיעה יריבה, וייתכן שהיו אלו בני אצולה מונגולים שהתנגדו לרפורמות הקונפוציאניות. באוקטובר 1323 העלו הנסיכים על כס השלטון את יסון טמור (Yesün Temür), נכדו של גֶ'נְגִ'ין, בנו של קובלאי חאן, כקיסר טָאיְדִינְג (泰定, בפין-יין: Tàidìng). היסטוריונים סיניים תיארו אותו כעצל וטיפש. הוא מת במפתיע בשנגדו ב-1328, חמש שנים לאחר שעלה לשלטון.
לפני תקופת שלטונו של יסון טמור הייתה סין שלווה יחסית ומאז תקופתו של קובלאי חאן לא אירעו בה התקוממויות עממיות. בתקופתו החלה השליטה של שושלת יואן להתרופף באזורים שבהם התגוררו מיעוטים אתניים. התקוממויות אלו ודיכוייהן החמירו את הקשיים הכספיים של ממשל יואן. הממשל נאלץ לנקוט בכמה אמצעים להגדיל את הכנסתו, כולל מכירת משרדים, כמו גם צמצום ההוצאות על פריטים מסוימים.