元太祖十三年(1218)内附,宪宗元年(1251)置别失八里等处行尚书省,驻忽毡,辖畏兀儿地区;至元十四年(1277)归元朝所有,徙阿里麻里行中书省更名别失八里行中书省来治;至元十五年(1278)置提刑按察司;至元十八年(1281)改畏兀儿断事官置北庭都护府。至元二十年(1283)置别失八里宣慰司;至元二十三年(1286)置别失八里和州等处宣慰司都元帅府,领天山南路,不属任何行省。贞元元年(1295)置北庭都元帅府,领天山北路。
1206年,成吉思汗统一蒙古各部,建立大蒙古国。先后攻灭西辽、西夏、花剌子模、金朝等政权。蒙哥汗去世后,引发了阿里不哥与忽必烈的汗位之争,促使大蒙古国分裂。1260年忽必烈即汗位,建元“中统”。1271年,忽必烈取《易经》“大哉乾元”之意改国号为“大元”,次年定都大都。1279年,彻底灭亡南宋流亡政权,结束了自唐末以来长期的混乱局面。
之后元朝持续对外扩张,进攻日本、缅甸、越南、爪哇等,但均遭失败。元朝中期皇位继承紊乱、政变频繁,政治始终未上正轨,而且汉化迟滞,发展不前。后期政治腐败,权臣干政,民族矛盾与阶级矛盾日益加剧,导致元末农民起义。
1368年,朱元璋建立明朝,随后北伐驱逐元廷攻占大都。此后元廷退居漠北,史称北元。1402年,元臣鬼力赤篡夺政权建立鞑靼,北元灭亡。