成吉思汗的子孙继承了其骁勇善战的品质，又开始了新一轮的开疆拓土。
诸子分得领地
第一次西征大胜以后，成吉思汗把占领地区作为“兀鲁思”（汗国封建领地），分封绐他三个儿子。
长子术赤封于钦察、花剌子模及康里国故地，（今成海以西，里海以北之地皆属之。）术赤比成吉思汗早死，这一封地归于其子拔都。
次子察合台封于西辽及畏兀故地，东起阿尔泰山，西至阿姆河，包括新疆天山南北路等地，后来称为察合台汗国。
三子窝阔台封于乃蛮故地，令鄂毕河上游以西至巴尔喀什湖以东一带均属之，后来被称为窝阔台汗国。依照蒙古惯例，在成吉思汗死后，幼子拖雷获得其父的直接领地，即斡难古代风景画鉴赏河及客鲁连河流域一带蒙古本部地方。
蒙宋灭金
西夏的灭亡，解除了蒙古的西顾之忧，而金朝则失去了犄角之助。窝阔台（元太宗）成为大汗后，他在三年内（公元1230年—公元1233年）进一步缩小了包围圈，并积极与南宋取得联系，制定出联宋灭金的军事计划。公元1232年，蒙古派使者前往南宋谈判，应允灭金之后，以河南之地划归于宋。
公元1233年，蒙古包围了金的南京（开封）。金末代皇帝哀宗完颜守绪，逃往归德，南京旋降于蒙古。完颜守绪又逃至蔡州（河南汝南）。蒙古都元帅塔察儿再派使者至南宋襄阳，约攻蔡州。“冬十月，南宋孟珙、江海率师二万，运米三十万石，赴蒙古之约”。蒙古军与南宋会师蔡州。次年正月，宋军先破蔡州南门，然后招蒙古军入城。完颜守绪自杀。金朝在北方统治前后约120年，至此结束。
拔都西征
公元1234年金亡之后，次年窝阔台在和林召开忽里勒台（大会议），决议远征欧洲。当时除了在经济上企图掠夺外，也希望通过西征来缓和内部权力之争的矛盾。第二次西征的统帅是成吉思汗的孙子、术赤之子拔都。
在公元1236年至公元1241年间，拔都统帅蒙古军渡过札牙黑河（今乌拉尔河），在亦的勒河（今伏尔加河）中游击溃不里阿耳部（今保加利亚），主力继续西进，占领了钦察以及从宽田吉思海、亚速海直到斡罗思东南的广大领土，又分兵进入孛烈儿（今波兰）和马扎儿（今匈牙利）等地。在今捷克一带遇到顽强的抵抗，拔都西进受阻。
适逢公元1242年四月窝阔台汗的讣报到达蒙古军营，大军便乘机回师。拔都则领本部留在钦察草原，建立了钦察汗国。俄罗斯编年史称钦察汗国为金帐汗国，这个名称在文献里一直沿用下来。
旭烈兀西征
公元1246年春，窝阔台之子贵由被立为大汗。贵由继汗位不到三年就死了，拖雷之子蒙哥即位。蒙哥决定由四弟忽必烈总管漠南，另外又派遣其六弟旭烈兀向西方进军。从公元1252年至公元1259年间的第三次西征，其目的是征服波斯（今伊朗）。
公元1256年，旭烈兀灭亡了木剌夷国。接着，又攻下阿拔斯哈里发的报达国（今巴格达）。公元1259年，进军苫国（今叙利亚）京城大马司（今大马士革）。算端（今译苏丹，回教国君主）纳昔儿弃城逃走。但在密昔儿（今埃及）援军的反攻下，蒙古军又退出苫国境。旭烈兀留居帖必力思，建立了伊利汗国。
四大汗国
成吉思汗建立的蒙古国家，经过三次西征，在兀鲁思的基础上，形成了钦察汗国、察合台汗国、窝阔台汗国和伊利汗国。四大汗国的汗，本是中央分封出去的四个最高军政首领，与中央保持有藩属关系，直接向大汗负责。
后来，蒙古各统治集团为争夺大汗权位，彼此间矛盾激化，加上各汗国间缺乏必要和有力的经济联系，因而使大蒙古国这个复杂的政治混合体日趋瓦解。其中，钦察汗国和伊利汗国走上各自独立发展的道路。而窝阔台汗国由于窝阔台（太宗）和他儿子贵由（定宗）相继被选为大汗，其领地一直归中央管辖，实际上没有形成单独的汗国。