忽必烈生前精心栽培的有两个人，一个是真金的嫡长子甘麻剌，一个是真金的嫡三子铁穆耳，因为两人各有所长，忽必烈一时难以定夺，生前就没有明确皇位继承人，但各宗王贵戚、朝廷大臣都知道忽必烈的意思，就是要从两人中选出一人继承帝位。
元成宗铁木耳
难以定夺，竟然用这种方式选皇帝。汉人大臣按照中原皇室嫡长子继承制的传统，倾向于推选嫡长子甘麻剌继位，但真金的太子妃也就是两兄弟的生母阔阔真，却更喜欢三儿子，想让铁穆耳继位。蒙古宗王们的意见也不一致，一时间谁来继位难以定夺。最后还是阔阔真拥立铁穆耳的意见渐渐占了上风，但大儿子甘麻剌内心不服气，阔阔真就提议，让兄弟俩当众比赛诵读祖宗训诫，谁赢了谁当皇帝。当娘的自然知道儿子们的底细，患有口吃的甘麻剌败北，铁穆耳于1294年登基称帝，史称元成宗。
守成之君，却让蒙古帝国重新归于一统。元成宗没有爷爷忽必烈的雄才伟略，也没有那么大的野心。他执政后不再寻求对外扩张，放弃了忽必烈制定的征服安南、越南的计划，把注意力转向国内，减轻赋税，颁布律令，限制诸王势力，暂时缓和了社会矛盾。他特意派遣江浙地区管理佛教事务的僧人宁一山出使日本，恢复了两国间的正常贸易和文化往来。
忽必烈在位时，窝阔台汗国的海都汗、察合台汗国的笃哇汗都不承认忽必烈的蒙古大汗地位，导致蒙古帝国四分五裂。两人还联手在元朝西北地区屡屡制造事端。忽必烈派大军征伐，两人采取游击战术，打不过就跑，元军无法彻底将其剿灭。元成宗上台后，停止对外扩张，着力解决内部事务，派侄子海山率兵彻底击败了海都和笃哇，迫使他们的继承人都哇、察八儿归附了元朝。因为伊尔汗国本就承认元朝宗主地位，钦察汗国离元朝最远，喜欢“随大流”，所以至此，四大汗国一致承认元朝皇帝是成吉思汗的合法继承人，蒙古帝国名义上又归为一统。
厚赏“粉丝”，铁腕反腐。元成宗能得到蒙古各汗王、贵戚的拥戴，坐稳蒙古大汗之位，有一个重要原因，就是他对拥戴自己的“粉丝”不吝赏赐，赏得手下人心花怒放，但却很快耗尽了国库原先的储备，而且国库每年的收入不到半年就花光了，只能靠多发行钞币来维持，导致钞币迅速贬值，物价高涨，影响了社会稳定和百姓生活。
元成宗虽说赏赐大方，但对官员贪腐却毫不留情、严加整肃。1295年七月，专门下诏告诫全体官吏，有再犯贪赃之罪者，罪加二等，从重处理，不久又改为罪加三等。1302年，江南地区出现了朱清等人的贪污贿赂案，牵连了一大批官员。元成宗大怒，下决心彻查贪污官员，派出了七路奉使宣抚官到各地督办，当年就查处、罢免贪官污吏18000多人，查出赃款15800多锭，审理冤案5100多件，对整顿官场、肃清吏治起到了重要作用。
皇后卜鲁罕
元成宗少年时有酗酒的恶习，虽然后来他凭着坚强的毅力戒除了酒瘾，但身体已经遭受重创。所以不到40岁，元成宗便大病不断，怠于理政，朝廷政务基本委托给了皇后卜鲁罕处理。卜鲁罕与朝廷里的色目官僚相互勾结，排斥汉族官员，欺上瞒下，倒行逆施，朝政日渐混乱。1307年，元成宗铁穆耳在大都(今北京)玉德殿去世，终年四十二岁。