C'est alors qu'il était en train de guerroyer dans le Sichuan que Kubilaï apprit qu'un kurultai (conseil des khans) s'était tenu dans la capitale mongole d'alors, Karakorum, et qu'il avait été nommé grand Khan de l'empire mongol. Il se dépêcha donc de rejoindre la capitale pour y recevoir sa couronne en avril 1260.

Rien n'est facile en ce bas monde : bien qu'il fut nommé chef de l'empire mongol par la majorité des khans, un certain Ariq Böke ne l'entendait pas de cette oreille... Furieux de voir le trône lui échapper, celui-ci se lança dans une campagne militaire contre le nouvel empereur, provoquant une guerre civile qui se propagera à la Chine du Nord et au Shanxi et ne s'achèvera qu'en 1264 après le siège et la destruction de Karakorum et la reddition d'Ariq Böke.

Tout en assurant l'équilibre entre ses différents vassaux en Occident, Kubilaï s'occupait maintenant de consolider ses positions dans la péninsule coréenne en vue d'une invasion du Japon (qui échoua).

Empereur de la Chine du Nord, il formalise son titre en 1271 en décrétant le début de la dynastie des Yuan. Il change de capitale pour s'installer à Dadu, qui deviendra Beijing, où de grands travaux sont lancés. La « ville tatare » (mongole) est réservée aux dignitaires mongols, tandis que les artisans et fonctionnaires proches de l'ancienne dynastie s'installent dans la « ville chinoise ». Soucieux de ne pas irriter les Han, il adopta la plupart des codes et des traditions établis par les Song, ce qui lui valut la désapprobation des khans mongols qui craignaient, et l'avenir leur donna raison, une dissolution de l'identité mongole dans la culture chinoise.

En 1276, Kubilaï, empereur de Chine sous le nom de Hubilie (puis sous le titre posthume de Shengde) obtient la reddition des Song dans le Sud : l'empire chinois entier est désormais administré par Kubilaï, le premier empereur non Han, même s'il est culturellement très proche des Han. C'est ainsi que, voici bientôt huit cents ans, la dynastie des Yuan apporta sur un plateau la Mongolie et le Tibet à la dynastie Yuan.