忽必烈生前深心倾注于两位贵子，真金的嫡长子甘麻剌与嫡三子铁穆耳，这两人各具绝技，令忽必烈难决高下。尽管他生前未明确指派继承人，但朝野大臣都能领会其意图：从这二人的中择一立为帝。汉臣依循中原皇室嫡长继承之道，倾向推举甘麻剌嗣位；而真金太子妃、两兄弟之母阔阔真，则更偏爱三儿子铁穆耳，让其嗣位。蒙古宗王意见不一，至此谁将继位，更显悬念。最终阔阔真的主张，即拥立铁穆耳的见解渐占上风。不过，大儿子甘麻剌内心未安，因此提议以公开诵读祖训相互较量，以胜者定君王。当时母爱自然洞悉儿女情感，患有口吃的甘麻剌败出，而铁穆耳在1294年登基称帝，被史称元成宗。
在忽必烈统治期间，窝阔台汗国海都汗及察合台汗国笃哇汗皆不认可忽必烈蒙古大汗的地位，从而导致蒙古帝国分裂四方。二人并携手，在元朝西北地区频繁制造动荡。此时忽必烈遣军征讨，他们采取游击战术，当无法对抗即逃离，使得元军难以彻底平息其事端。一旦元成宗登基，他放弃了对外扩张的计划，将精力集中于国内事务，并派侄海山率兵彻底击败了海都和笃哇及其继承人，都哇、察八儿，最终迫使他们归附元朝。在伊尔汗国自愿承认元朝宗主地位的情况下，加之钦察汗国偏好“随波逐流”，因此四大汗国均普遍接受元成吉思汗合法继承人的身份，使得蒙古帝国再次名义上实现统一。
然而，由于少年时期过度酗酒所致，身体早已受损，一直到青年时代他通过坚强意志克服了这一恶习。但是他的健康状况始终未能完全恢复。他年纪尚轻不到40岁便频遭重病，不断影响着他的治理能力，最终政务多数委托给皇后卜鲁罕处理。而卜鲁罕与朝中的色目官僚勾结排挤汉族官员，不畏天威，对国家造成严重破坏。最终1307年，在北京的大都玉德殿里， 元成宗铁穆耳去世，其寿命仅42岁。这段历史揭示了一代又一代领导人物如何面临权力传递的问题，以及权力的争夺与斗争如何影响一个民族乃至一个帝国的命运演变。
