阿里不哥臣服后，忽必烈实际管辖的政治版图已然包括中原地区（位于长城以南、秦岭淮河以北）、东北地区（包括整个黑龙江流域）、朝鲜半岛北部、漠南漠北蒙古草原全境（内蒙古和外蒙古地区）及西伯利亚南部地区、西域大部分地区（今新疆东部和南部）、吐蕃地区（包括今青海、西藏、四川西部等地）以及云南地区等地。如何治理这些地区，是忽必烈面临的又一大问题。
前文已经讲过，少年忽必烈就非同一般，心怀大志。二十多岁时忽必烈曾向海云法师询问“佛法中是否有安天下之法”，海云建议他“求大贤硕儒，问以古今治乱兴亡之事”。此后，忽必烈通过征召汉儒、通过与他们的交谈、通过他们对儒家经典的讲述，发现儒家文化博大精深，不仅包括为人之道、处世之方和如何处理各种人际关系，而且还涵盖为君之道、治国之法等等。
即位诏书透端倪
深受儒家思想影响的忽必烈，在1260年即大汗位开始，就在王鹗起草的即位诏书中表明了他将致力于文治、效仿汉法的想法。
在诏书中，忽必烈仿照汉地习惯，自称为“朕”，称他的哥哥蒙哥汗为“先皇”。诏书中先是称“朕惟祖宗肇造区宇，奄有四方，武功迭兴，文治多阙，五十余年于此矣”，即指出自成吉思汗以来武功卓绝，但马上得天下，却不可以马上治天下，对于几十年来缺少的文治，忽必烈表示自己将致力于此，但他也明白，“时有先后，事有缓急，天下大业，非一圣一朝所能兼备也。”
随后，忽必烈在诏书中说了群臣拥戴和自己即位的原因，并说自己“虽在征伐之间，每存仁爱之念，博施济众，实可为天下主。天道助顺，人谋与能”。他还申明“祖述变通，正在今日，虽承平未易遽臻，而饥渴所当先务”，即改革就在今日起，要适应中原百姓的实际需要，建立适应新形势的制度，而当前最迫切的问题是解决老百姓的“饥渴”即温饱问题。
在诏书中，忽必烈最后说自己“钦应上天之命，勋亲斯托，敢忘列祖之规？”希望“远近宗族、中外文武，同心协力”。
无疑，对于刚刚继承汗位的忽必烈来说，对于其治下的蒙古帝国疆域采取不同以往的统治方式，就是一场大变革。而忽必烈金莲川时的谋士、翰林侍读学士郝经与忽必烈的致力于文治、将目光转向汉人的统治制度的想法是一致的。
郝经就认为采用汉法是必走之路，他在忽必烈即汗位后上书建议忽必烈“为人之所不能为，立人之所不能立，变人之所不能变”，他认为“纲纪礼义者，天下之元气也；文物典章者，天下之命脉也”。如何做君王呢？他列举了汉代以来的明君皆“有功于天下甚大，有德于生民甚厚”，而天下人知“有君臣父子夫妇昆弟，人伦不至于大乱，纲纪礼义、典章文物不至于大坏”，正是明君治理的结果。忽必烈当下之计，应“大为振澡，与天下更始”，“奋扬乾纲，应天革命”。郝经还以北魏孝文帝、金世宗为例，来说明他们之所以能确立中原统治，就是他们以汉法为政，其结果是“天下晏然，法制修明，风俗完厚”。
郝经上书中提到的汉法，指的是“援唐、宋之故典，参辽、金之遗制，设官分职，立政安民，成一王法”，而对于蒙古“国朝之成法”，有益部分也应该保留。
此外，释子聪（刘秉忠）也按照忽必烈的要求，参考中原各代王朝古制，加以筛选，把适宜蒙古之法逐一陈列，以备世祖参考。因此时释子聪仍是一副僧人装扮，不合时宜，忽必烈遂拜其为光禄大夫，位至太保，并赐子聪府第厚爵，把翰林侍读学士窦默之女嫁给他，并赐下新名“刘秉忠”。
释子聪想到“既天生万物，自随分，有安排”，于是坦然接受王命。此后凡选拔人才、定都北京、拟定国号、制定礼仪典章等诸项大事，他均亲自参与、制定。他以天下为己任，事无钜细，凡有关国家大体之事，向来知无不言。当时有人称他是“易地诸葛，弥天道安”。
仿中原王朝定年号国号 元朝建立
忽必烈推汉法的重要一步是其开始采用年号纪年。蒙古最初纪年并不使用年号，成吉思汗时采用十二生肖纪年，如鼠儿年、羊儿年等。1260年忽必烈即汗位后，学习中原王朝惯常的年号纪年方法，于五月发布《中统建元诏》，正式建年号“中统”。
诏书中明确说要“稽列圣（指蒙古历代大汗）之洪规，讲前代（汉族王朝）之定制”，与即位诏书中所言的“祖述变通”一脉相承。诏书中还说：“建元表岁，示人君万世之传，纪时书王，见天下一家之义，法《春秋》之正始，体大《易》之乾元。”1260年被称为“中统元年”。
同年十二月，忽必烈再发诏书，宣布他要“鼎新革故，务一万方”，再次表明他推行汉化改革的决心。
1264年八月，忽必烈发布《至元改元诏》，取《易经‧坤卦》“至哉坤元，万物资生，乃顺承天”之义，改“中统五年”为“至元元年”，并因改元大赦天下。
1271年（至元八年），忽必烈采纳刘秉忠的建议，取《易经》“大哉乾元”之义，将国号由“大蒙古国”改为“大元”，“大元”暗含大的源头“天”，表示国家极其广大，亦表明自己受命于天，“大元”国号正式出现，忽必烈也从大蒙古国合罕变为大元王朝首位皇帝，忽必烈为元世祖。
忽必烈在《建国号诏》中说：“诞膺景命，奄四海以宅尊；必有美名，绍百王而纪统。肇从隆古，匪独我家。且唐之为言荡也，尧以之而著称；虞之为言乐也，舜因之而作号。驯至禹兴而汤造，互名夏大以殷中。世降以还，事殊非古。虽乘时而有国，不以利而制称。为秦为汉者，着从初起之地名；曰隋曰唐者，因即所封之爵邑。是皆徇百姓见闻之狃习，要一时经制之权宜，概以至公，不无少贬。”
这无疑表明，忽必烈认为自己是中国历代王朝的正统继承者，而“蒙古”的称谓是“一时经制之权宜”，并不完善，而用“大元”之名，是“奄四海以尊”，“绍百王而纪统”。这样的认知也在为忽必烈一统天下做铺垫。
对于忽必烈开创元朝，历史上早有预言。在北宋邵雍的《梅花诗》第三节则讲到：“天地相乘数一原，忽逢甲子又兴元。年华二八乾坤改，看尽残花总不言”，“天地相乘数一原”意为天干地支相乘的年代又回到开头，就是新一王朝的气数起始之时，意为元朝国号取自《易经》的“大哉乾元”，本身包含的寓意就是“万物资始乃统天”的气象。在“忽逢甲子又兴元”中，“忽”字隐喻元世祖忽必烈，“兴元”指元朝兴起。
在仿照中原王朝建立年号和国号前后，忽必烈还将都城从和林迁到了汉地。1263年五月，忽必烈升开平为上都，作为驻夏之所。第二年，忽必烈下诏将燕京改名为中都，做建都的准备。1272年二月，忽必烈依旧采取刘秉忠的建议，改中都为大都，宣布在此建都。
仿中原王朝确立行政机构
除了仿照中原王朝建立年号和国号外，忽必烈在沿用蒙古原有的统治机构还是参照中原王朝确立新的行政机构之间，选择了后者。此前的蒙古帝国，从成吉思汗到蒙哥时期，掌握国家最高行政机构的长官被称为“大断事官”，相当于中原王朝的宰相。此外，大汗的怯薛组织还设有必阇（dū）赤，掌管大汗诏令和其它宫廷文书事务，其重要性随着蒙古疆域的扩大而越来越重要，并逐渐参政，称为辅相之臣。
窝阔台时期，在汉化的大臣耶律楚材的建议下，窝阔台曾仿照中原官制，将必阇赤改称为“中书省”，任命必阇赤耶律楚材、粘合重山、镇海三人为中书令和中书左、右丞相，但这并非是蒙古中央机构的定制。
忽必烈即位之初，面对行政机构的混乱局面，让刘秉忠、许衡等人“酌古今之宜，定内外之官”。他们在权衡唐宋的机构、制度和仿照中原王朝的金制后，建议忽必烈采用简要、实用的金制，即在中央设中书省掌管行政、设枢密院掌管军事、御史台掌管监察，作为中央政府主要的行政机构。忽必烈欣然接受。
1260年四月，中书省正式建立，其最高长官为中书令，由皇太子兼任，未立太子时空缺。真金被立为太子前就领中书省事务。中书令下设官员初无定数，后来定为右丞相、左丞相各一人，统率百司；平章政事四人，作为丞相的副手；右丞、左丞各一人。参知政事三人，为执政官。与中原王朝以左为尊不同的是，蒙古人以右为尊，所以右丞相地位高于左丞相。宰执下设其他辅助官员，如参议中书省事、郎中、员外郎、都事等。
忽必烈很注重平衡自己的辅政宰执班底，将不同民族都纳入其中。如1261年的中书省班底为蒙古人三人、汉人六人、汉化契丹人一人、汉化畏兀儿一人、回回一人。中书省下设吏部、户部、礼部、兵部、刑部、工部六部，各部最高长官都称为尚书，负责具体事务。
枢密院于1263年正式设置，作为中央最高军事机关，其职责是掌管天下军事大权。其最高长官为枢密使，由皇太子兼任，未立太子时空缺。常务官员为枢密副使、佥书枢密院事等。
掌管监察的御史台于1268年正式设置，作为中央最高监察机关，长官有御史大夫、御史中丞、侍御史、治书侍御史等。
中书省、枢密院和御史台均自行奏事、自选属官，分别对皇帝负责，但从文书往来上看还是有一些差别，即中书省发给枢密院和御史台的文书行文用由上行下的“札”，而枢密院和御史台发给中书省的行文则使用由下行上的“呈现”，这体现了中书省统率百司的职权，枢密院和御史台也要接受其领导。
除了上述三大机构，忽必烈还在中央设立宣政院（初名为总制院）、大宗正府和宣徽院。宣政院掌管全国宗教和吐蕃事务，以国师八思巴领之，这是以前中原王朝所不曾有的。大宗正府负责审理蒙古诸王等蒙古、色目人的犯罪案件以及和汉人南人产生的纠纷，之前蒙古帝国的最高刑事长官札鲁乎赤成为其司法长官。宣徽院除掌管前代宣徽院掌管的朝会、饮宴、祭祀、礼仪、御膳等事务外，还掌管征收漠北蒙古人的赋税、诸王宿卫名籍及人员推荐、抚恤蒙古部落等。
另外又设置负责编修国史、起草制诰文书等的翰林国史院，还有掌管全国驿站的通政院、掌管全国农桑水利的大司农司等等。忽必烈下令国史院编撰金朝、辽朝和宋朝的通史，共耗时80年，而此前只有中原王朝有编史的惯例。
随着一个个有明确职责的中央机构的设立，以往蒙古帝国中央机构残缺、缺乏章法的局面大为改观，办事效率迅速得以提高，皇帝的诏令可以很快得到执行。
在改革中央机构的同时，忽必烈也对地方行政机构进行了改革，确立了不同于以往大汗分封制、划分行政区的行省制度。忽必烈刚即汗位时，为了加强对地方的管理，在地方设置十路宣抚司作为最高行政机构，同时又仿照金末行省制度，常常以中书省宰执挂上“行某处中书省”的头衔，出外行使中书省的职权，主持地方政治、经济和军事等事务，但没有固定的治所和辖区。
随着天下的统一，这类行省越来越多，忽必烈决定将其作为地方最高行政机构固定下来，并向全国推广，由此正式确立行省制度。忽必烈在全国共设十个行省：陕西行省、甘肃行省、辽阳行省、河南江北行省、四川行省、云南行省、湖广行省、江浙行省、江西行省、征东行省，其中征东行省是为了征伐日本而设，性质与其它行省不同，其设在高丽，行省丞相由高丽国王兼任。
行省长官权力很大，掌管地方行政、军事、经济等各方面事务，直接对中央和中书省负责。
在十个行省之外，忽必烈又在漠北设立了和林转运司，后改为和林宣慰司都元帅府，管理当地事务，元武宗时在此基础上设岭北行省。在畏兀儿地区，设立别失八里等宣慰司都元帅府，吐蕃地区由中央宣政院直接管辖。
忽必烈确立的行省制度，发展了秦汉以来的地方郡县制度，并为后世所沿袭，明清只是名称不同。“省”作为地方最高一级行政机关的名称，一直沿用到现代。
行省之下，忽必烈依旧仿照汉制和金制，设路（直隶府、直隶州）、州（府）、县。县之下设乡、都等基层组织，统称“里”，负责人称为“里正”，负责催办税粮、维护地方治安等。
忽必烈采用汉法设置的中央和地方行政机构，分工清晰、职责明确，这使得帝国走向了平稳的运转。
确立皇位继承人
蒙古帝国时期，汗位的继承需要通过忽里勒台大会选举方能生效。忽里勒台大会是蒙古及突厥族的部落和各部联盟的议事会，用于讨论推举首领、决定征战、颁布法令等大事。有学者称其为蒙古的“国会”。但这种制度其实有很多漏洞，容易引起帝国内部的纷争，祸起萧墙，甚至发生流血冲突。
为了避免这类情况出现，在忽必烈即汗位后，郝经提出了“立储贰以塞乱阶”的建议，而忽必烈当时还没有将立储提上议事日程，只是在1262年十二月封嫡子真金为燕王，领中书省事。
1267年，在姚枢提出的治国八条建议中，立储被放在第二条。第二年，陈祐又上《三本疏》，提出“太子国本，建立宜早”“中书政本，责成宜专”和“人材治本，选举宜审”三条建议，立太子排在首位。大臣们认为早立太子，早安人心，有利于社稷。
1273年二月，忽必烈仿照中原王朝提前预立皇位继承人的作法，正式册立真金为皇太子。
忽必烈在即大汗位之后推行的汉制，在其征服南宋、一统天下后，在更广大的范围内得以推广。
参考资料：
《元史》
《新元史》
《忽必烈传》
《忽必烈和他的世界帝国》
《成吉思汗忽必烈评传》
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（转自大纪元/责任编辑：浩宇）
