忽必烈生前深心倾注于两位子嗣，真金的嫡长子甘麻剌与嫡三子铁穆耳，他们各具特长，令忽必烈难以立即决断。尽管生前未明确指定继承人，但朝廷大臣和宗室贵族都明白了他的意图：从这二人的中选择一位继承帝位。汉臣依循中原传统，以嫡长子继承制为基准，倾向于推举甘麻剌为君，但真金之妻阔阔真却偏爱三儿子铁穆耳，并力主其继位。蒙古宗王们的意见分歧，一时之间谁将成为下任皇帝成为了一个难题。
最终，是阔阔真的提议让兄弟间进行公开诵读祖训比赛，以胜者定夺皇位。在这种情形下，不难预测结果——患有口吃的甘麻剌败北，而铁穆耳在1294年登基称帝，被尊称为元成宗。
在忽必烈执政期间，他汗国的地位遭到了窝阔台汗国海都汗和察合台汗国笃哇汗的不认可，这导致了蒙古帝国内部四分五裂。此外，两人还频繁挑起对元朝西北地区的问题，使得元军无法彻底解决这些问题。当元成宗上台后，他放弃了对外扩张的政策，将注意力转移到内政事务上，并派遣侄子海山率领军队彻底击败了海都和笃哇，以及他们的继承人，都哇、察八儿，最终迫使他们归顺元朝。这一系列行动使得四大汗国——伊尔汗国、钦察汗国以及其他两个国家都公认元朝是由成吉思汗合法遗产所组成，其名义上的统一再次实现。
然而，年轻时期便酗酒恶习并影响健康的少年性格也伴随着他进入 adulthood，此后他通过坚强毅力的努力克服这一缺点。但身体状况已经受到严重影响，因此，在不到40岁的时候，便不断罹患疾病，对治理国家失去兴趣，大部分政治责任被交给了皇后卜鲁罕来处理。卜鲁罕与色目官僚勾结，与汉族官员相互排斥，即便如此仍旧欺瞒君上而行逆施，使得朝政日益混乱。
1307年，当铁穆耳在大都（今北京）的玉德殿离世时，其年龄仅42岁，这段时间里他的统治经历了一系列权力斗争和行政腐败的问题。
