忽必烈生前深心倾注于两位帝子，真金的嫡长子甘麻剌与嫡三子铁穆耳。两人各具特长，令忽必烈难决高下，他未在世间留下明确继承人之命，但朝野皆知其意：从二子中择一立为新君。汉臣依循中原传统，主张嫡长继承制，以甘麻剌为王位正当人选，而太子妃阔阔真却更倾心于铁穆耳，愿其登基。蒙古宗室意见分歧，一时无定论。最后阔阔真提议兄弟决胜负以决定皇位归属，由诵读祖训来裁断胜负。当事人自然洞悉儿孙情感，口吃之苦甘麻剌败北，而铁穆耳在1294年顺利即位，是为元成宗。
在忽必烈统治期间，窝阔台汗国的海都汗、察合台汗国的笃哇汗拒绝认可忽必烈蒙古大汗的地位，这导致了蒙古帝国四分五裂。此二人联手，在元朝西北地区频繁制造动乱。在面对元军征伐时，他们采取游击战术逃跑，不断打击而不致败亡。随着元成宗上台，他停止了外扩并致力于内政问题，同时派遣侄子海山率军彻底击败了海都和笃哇，并迫使他们的继承人都哇、察八儿归顺元朝。这一举措促使伊尔汗国及钦察汗国最终承认元朝皇帝是成吉思汗合法继嗣，使得蒙古帝国名义上重又统一。
然而少年时期过度酗酒让元成宗身体受损，即便后来他通过坚毅克服了酒瘾，但已身患重病。他不到40岁，便病态不断，对政务疏远，将权力委托给皇后卜鲁罕处理。卜鲁罕与色目官僚勾结排斥汉族官员，上下欺瞒，以至于朝局日益混乱。一路走来，最终1307年，在大都玉德殿里，铁穆耳去世，只活了四十二岁。
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