自此汗位由窩闊臺家族轉移到了託雷家族。皇族內部的分裂也為後來大蒙古國的徹底分裂埋下了伏筆。
帝國穩固之後，成吉思汗的夢想又一次來到踐行階段。
一場前所未有的對外擴張行動正式拉開序幕。蒙哥轉學後勵精圖治主要乾了4件大事：一是命其二弟忽必烈率軍攻滅了大理。
二是令其三弟旭烈兀率大軍10萬遠征西亞；三是派出了一小股部隊吞併鮮朝半島，致使高麗崔氏政權垮臺，高麗國王投降，大蒙古國成為了高麗的宗主國，但保留高麗原有的政府體系和傳統文化。
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四是蒙哥親征南宋。1252年44歲的蒙哥命忽必烈率軍南征大理國，大理國王段興智投降，大理國滅亡。
雲貴高原併入大蒙古國版圖，而段興智則被蒙哥任命為大理總管，享受子孫世襲。從這一刻起直到元朝，大理總管段氏戰敗歸降明軍，元朝統治雲南地區長達128年。
第二年6月，蒙哥已位於朗伊的木刺夷國不肯稱臣納貢為由，開啟了第三次西征。蒙哥命旭烈兀率大軍10萬，帶上最好的進攻武器，從漠北草原出發開始西征。
這回西征不僅是一次軍事入侵也是一次人口大遷移，很多士兵都攜家庭同行。
1256年西征軍渡過阿姆河後所向披靡，先是攻滅了撒馬爾幹及先進的別克斯烏茲坦之後繼續向伊朗北方的木拉伊國進軍，直至佔領了伊朗全境。蒙哥冊封旭烈兀為伊爾汗，旭烈兀所建立的國家正式成為伊爾汗國。
隨著朗伊全境的陷入，蒙古人把矛頭轉向了阿巴斯王朝。此時的阿巴斯王朝已是強弩之末，內訌不斷，加上阿巴斯王朝的皇室後裔驕奢淫逸帝國已經虛弱不堪。
1257年9月，蒙古人從厄爾布林士山出發，兵分三路開始向阿巴斯王朝的中心巴格達進軍。第二年蒙古人將巴格達團團圍住，用拋石機開始攻城。
隨著一顆顆巨石砸碎屋頂，一罐燃燒的石腦油點燃房屋，蒙古人的劍士連綿如雨。僅僅用了一個月的時間，巴格達的城牆就被攻破。因為旭烈兀的妻子信奉基督教，所以整個巴格達在被攻陷後只有基督教徒倖免於難。
巴格達大圖書館被燒燬，整個伊斯蘭世界在歷史上第一次沒有了宗教領袖，伊斯蘭教的黃金時代就此結束。巴格達淪陷後，蒙哥統治著從富汗阿到波斯灣的整個地域，並將下一個目標鎖定為正處於分裂中的利敘亞。此時的利敘亞沿海領土屬於十字軍國家，阿拉伯王朝則統治內陸的阿勒頗和大馬士革。
汗阿富的基督徒們因為蒙古人進行的是反穆斯林的戰爭，於是主動和蒙古人結盟。1260年1月，蒙古人佔領了阿勒頗，屠城6日。並把這些土地授予了十字軍的國王博希蒙德六世。
隨後大馬士革的總督也棄城逃往了埃及。蒙古人向南轉進至那布魯斯全殲了抵抗的蜀軍。就在蒙古人準備征服最後的及埃時，從蒙古傳來了一個重大的訊息改變了這一切迫使蒙古大軍不得不班師回朝這件事我們還得從蒙哥進攻南宋的一場戰役開始說起。
時間回到1258年蒙哥和弟弟忽必烈以及大將烏良哈臺兵分三路大舉進攻南宋蒙哥親率主力進攻川四一路所向披靡攻克了川四北部的大部分地區。
第二年大軍來到今慶重HC區的釣魚城下時蒙古人的攻勢卻突然受阻接連打了幾個月都未能拿下釣魚城幾個月後50歲的蒙哥突然死在了河州的釣魚城下。
有記載說蒙哥是因病去世也有一種說法是蒙哥在攻打釣魚城的時候因為受傷傷重而死無論如何發生在釣魚城的這場戰鬥都終止了蒙古人征服的步伐。
蒙哥突然暴斃甚至沒有在臨終前留下遺詔確定繼承人這也導致了他的兩個弟弟忽必烈與阿里不哥為爭奪汗位而爆發了長達5年的內戰。
蒙哥去世前雖未能滅南宋統一天下，但是他的去世對當時的世界格局有著極大的影響蒙哥去世導致了第三次蒙古西征被迫終止。
而且去世之後即爆發了其弟忽必烈與阿里不哥的繼位之爭最終導致大蒙古國的分裂，如果不是蒙古幾任大汗的突然去世。