窝阔台死后经过乃马真脱列哥那称制、贵由汗和斡兀立海迷失的一共十年统治；1251年7月，成吉思汗的小儿子拖雷的儿子蒙哥继位。1256年蒙哥派其弟旭烈兀西征。期间蒙古军多次大举征伐高丽国；1258年，西征军攻占并洗劫了阿拔斯王朝首都巴格达，此战役致使智慧之家被毁，大量宝贵文献被扔进河中。1259年旭烈兀征叙利亚阿尤布王朝，1260年攻占大马士革和阿勒颇。当年蒙哥在进攻南宋的四川时战死（詳見釣魚城之戰）。旭烈兀回师争位，之后留下的由怯的不花统帅的2万蒙古军队在今以色列的加利利的阿音札鲁特战役败于马木留克王朝，標誌着蒙古帝国未能扩展到非洲。