忽必烈生前深心倾注于两位人物的培养:嫡长子甘麻剌与嫡三子铁穆耳。他们各具才华,忽必烈在世时未能明确决定继承人,然而朝廷中各阶层皆了解其意图——从这两兄弟中选出一位接续帝位。汉臣偏向于遵循中原皇室的嫡长子继承传统,支持甘麻剌继位,但太子妃阔阔真却更倾心于铁穆耳,让他为后来者准备道路。蒙古宗王们意见不一,而最终是阔阔真提议让兄弟俩通过诵读祖宗训诫进行决斗,以胜者定皇帝。当事之母自然了然识破儿子的本性,患有口吃的甘麻剌败北,而铁穆耳在1294年顺利登基称帝,被尊称为元成宗。
在忽必烈执政期间,海都汗和笃哇汗分别领导窝阔台汗国和察合台汗国,不承认忽必烈的蒙古大汗地位,这导致蒙古帝国四分五裂。两人频繁在元朝西北地区制造挑战。但面对元军的大力攻势,他们选择采取游击战术,如果无法获胜便逃离,从而使得元军难以彻底消灭。在成吉思汗的合法继承人被公认为是新皇帝后,一度四分五裂的蒙古帝国又恢复了统一。
少年时代就有酗酒习惯的铁穆耳虽然后来凭借坚强毅力克服了这一恶习,但身体已经受到严重影响。他不到40岁,便病情缠绵,他怠于理政,将许多权力委托给皇后卜鲁罕处理。卜鲁罕与朝中的色目官僚勾结排斥汉族官员,为非作歹,使得朝政日益混乱。在1307年,大都(今北京)的玉德殿里,铁穆耳去世,当时仅42岁。这段历史充满了矛盾和变数,却也见证了一段辉煌但脆弱帝国命运的一角。