至元十一年至元十六年（1274—1279），忽必烈发兵灭掉南宋，统一了全国。忽必烈对南宋作战的方略，大部分是在上都议定的。至元十年（1273年），由于南宋襄阳守将吕文焕降元，南宋军的江淮防线出现缺口，忽必烈在上都召集群臣讨论对南宋作战事宜，着手进行军事部署。至元十一年（1274年），忽必烈接受史天泽的建议，将布置在淮东和长江一线准备渡江的军队全部交给蒙古八邻部人伯颜指挥，并把伯颜带到上都驻夏，面授攻战机宜。六月，忽必烈在上都向全国发出兴师征讨江南的诏书。七月，伯颜南下时，忽必烈引征北宋初曹彬灭南唐时“不杀一人”的事例，晓谕伯颜：“古之善取江南者，唯曹彬一人。汝能不杀，是吾曹彬也。”③（《元史》卷八，《世祖纪五》）至元十二年（1265年）五月至八月，忽必烈又把伯颜从前线召回到上都，就大军渡江后的作战方针进行磋商。至元十三年（1276年）五月初，伯颜携南宋帝赵及太皇太后、皇太后、大臣等一行至上都，忽必烈在大安阁接受亡南宋君臣的朝见，大赏有功将士，命伯颜在上都近郊举行仪式，“告天地、宗庙”④（《元史》卷九，《世祖纪六》：卷一二七，《伯颜传》）。赵被封为瀛国公，原福王赵与芮被封为平原郡公。至元十九年（1282年）十二月，中书省官员请求让赵、赵与芮等南宋宗室子孙定居上都，忽必烈以赵与芮已年老，准许留在大都，其他人都在上都安置，只有翰林学士赵与优免。①（参见《元史》卷一二，《世祖纪九》：卷一六八，《赵与传》）至元二十五年（1288年）十月，“瀛国公赵学佛法于土番”②（《元史》卷一五，《世祖纪一二》），实际上是将他流放到人烟稀少的西藏去，消除南宋遗民的复国幻想。西藏人称赵为“蛮子合尊”，到元英宗至治三年（1323年）四月，终被下令处死。③（参见王尧：《南宋少帝赵遗事考辨》，载《西藏研究》，1981年创刊号）
至元十四年（1277年），攻南宋战役还未结束，出镇西北的北安王那木罕（忽必烈第四子）、右丞相安童被反叛的昔里吉等劫持，投奔窝阔台后王海都。在应昌的弘吉剌部贵族只儿瓦台起而响应，势逼上都。忽必烈调动扈从至上都的怯薛和侍卫军随诸王彻彻都出征，很快将只儿瓦台反叛势力剿灭。至元二十四年（1287年），以乃颜（塔察儿之孙）为首的东道蒙古宗王起兵反叛，与西边的海都遥相呼应。忽必烈在上都调集军队，于五月至八月亲征乃颜，击溃其主力。而清除乃颜残余势力的战争，则持续了一年多。至元二十六年（1289年）七月，忽必烈又由上都亲率大军北上，征伐叛王海都。在忽必烈朝的后十五年里，上都实际上成为朝廷支撑对蒙古叛王作战的大本营，出征军队在这里集结，军需粮饷由此处转运，充分显示出了这座草原都城的重要性。
为解决长年战争造成的财政匮乏，忽必烈先后任用了三位善于“理财”的大臣掌管朝政：回回人阿合马、汉人卢世荣、吐蕃噶玛洛人桑哥。这三个人的“敛财之道”颇引起其他朝臣非议，朝内经常爆发政治纷争。至元十九年（1282年）三月，汉人王著、高和尚等人利用忽必烈巡幸上都的时机，伪称太子真金返京，将阿合马及其留京党羽杀死。这一事件的发生不是偶然的。早在十年前，许衡随从忽必烈到上都时，就“具奏阿合马专权无上、蠹国害民等事”④（《国朝名臣事略》卷八，《左丞许文正公》），坚决反对阿合马用他的儿子掌管兵权的动议。至元十五年（1278年）四月，中书左丞崔斌随忽必烈巡幸至察罕脑儿，“极言阿合马奸蠹”，忽必烈即派遣御史大夫相威、枢密副使孛罗“自开平驰驿大都共鞫之”。阿合马称病躲避按问，相威毫不放松，“令舆疾赴对”①（《元史》卷一〇，《世祖纪七》：卷一二八，《相威传》：卷一七三，《崔斌传》），检核他的不法行为，然而忽必烈很快又改变了主意，下诏释免阿合马，把双方的公开斗争压了下去。但是矛盾并没有解决，终于导出了武力解决的结局。卢世荣于至元二十一年（1284年）十一月升为中书右丞，公开要求起用阿合马党人，遭到蒙古大臣安童、玉昔帖木儿等人和汉人儒臣的反对。次年（1285年）四月，监察御史陈天祥上疏弹劾卢世荣，忽必烈只得召集陈天祥与卢世荣同赴上都当面对质。由于随行大臣的一致要求，忽必烈先是将卢世荣论罪关押，十一月，才将他处死。②（参见《元史》卷一三，《世祖纪一〇》：卷一六八，《陈天祥传》）桑哥从至元二十四年（1287年）入中书省，很快升到了右丞相的高位，他的权势远远超出了阿合马和卢世荣。一些蒙古大臣和汉人儒臣与桑哥进行了多次较量。至元二十八年（1291年）二月，忽必烈在前往上都的途中听取了怯薛太官要求罢黜桑哥的建议，加上上都留守木八剌沙等人的极力弹劾，桑哥终于被籍没家赀，并于七月被处死。③（参见《元史》卷一六，《世祖纪一三》。达仓宗巴·班觉桑布：《汉藏史集》，第21章《桑哥传》，拉萨，西藏人民出版社，1986。[波斯]拉施特：《史集》，第2卷，341~350页）忽必烈朝内纷乱的政治斗争，到此总算告一段落。
忽必烈于至元三十一年（1294年）正月病死于大都，由已故太子真金的长妻阔阔真暂时接管朝政。阔阔真派伯颜等赶往按台山，召回出镇的第三子铁穆耳。四月初，铁穆耳率众返抵上都，阔阔真与南必皇后（忽必烈正妻察必死后，其妹南必被立为皇后）、卜鲁罕（铁穆耳妻）等已先行到达。他们很快就在上都举行了忽里台，忽必烈家系的蒙古宗王大多出席，忽必烈朝的大臣也云集上都。在忽里台上，出现了真金长子甘麻剌和三子铁穆耳两个帝位候选人的争执局面。甘麻剌多年在和林附近屯镇，受封晋王，“统领太祖四大斡耳朵及军马、达达国土”。铁穆耳则于前一年（1293年）六月正式接受了皇太子印信，理应成为帝位继承人。阔阔真和朝内大臣都有意以铁穆耳为帝，藩服宗王则多属意于甘麻剌。阔阔真巧妙地利用甘麻剌口吃的缺点，建议按照忽必烈“让精通成吉思汗圣训的人继承大位”的遗言，通过口诵圣训的比赛来决定继承人。铁穆耳的口才自然胜过了甘麻剌，加上先朝大臣伯颜、月赤察儿、玉昔帖木儿等人的劝说，甘麻剌终于服输，声称“昔皇祖命我镇抚北方，以卫社稷，久历边事，愿服厥职。母弟铁木耳仁孝，宜嗣大统”，并以“宗盟之长”的身份扶持铁穆耳登上宝座。①（参见《元史》卷一八，《成宗纪一》：卷一一五，《显宗传》：卷一一九，《博尔传》）御史中丞崔彧曾从木华黎后人硕德处得到一枚刻有“受命于天，既寿永昌”的玉玺，献给了阔阔真，在即位仪式上由阔阔真亲手授给了铁穆耳。②（[波斯]拉施特：《史集》，第2卷，375、376页）整个仪式是在上都大安阁进行的，时间为四月十四日（1294年5月10日）。铁穆耳的庙号为成宗，蒙古人称之为完泽笃皇帝。
元成宗即位之后，实行“守成”政治，继续与西北叛王作战，上都仍然起着大本营的作用。大德五年（1301年），海都在与元军作战中受伤而死，长子察八儿继统窝阔台汗国。七年七月，察八儿与掌管察合台汗国的笃哇共同派出请求停战的使者来到上都，西北战事逐渐趋向缓和。③（参见《元史》卷一七三，《崔彧传》：卷一一六，《后妃传二》。参见《元史》卷二一，《成宗纪四》：卷一一九，《博尔忽传》）
大德十一年（1307年）正月，元成宗铁穆耳在大都病死，因为他的儿子德寿早已夭亡，帝位继承再次引起争执。中书左丞相阿忽台和非真金家系的安西王阿难答密谋以元成宗皇后卜鲁罕临朝称制，扶持阿难答继承皇位，受到中书右丞相哈剌哈孙等人的抵制。这时，元成宗的哥哥答剌麻八剌的儿子海山出镇西北，掌握着驻在按台山附近的边防大军，是南下争夺帝位的强大对手。海山的弟弟爱育黎拔力八达和母亲答己则由原驻地怀州抢先赶到大都。哈剌哈孙等人很快与爱育黎拔力八达接上了关系，他们于三月间突然发难，逮捕阿难答，处死了阿忽台等人。在京城的蒙古宗王阔阔出、牙忽都和其他一些大臣请求爱育黎拔力八达继承帝位。作为海山和爱育黎拔力八达母亲的答己，也希望次子爱育黎拔力八达继承帝位。她知道这样做定将遭到海山的反对。为此，答己玩弄骗局，她派遣近臣朵耳去欺骗海山，说是根据阴阳家的推算，如果他即位将短命夭折，并宣称：“汝兄弟二人，皆我所出，岂有亲疏。阴阳家所言，运祚修短，不容不思也。”海山不相信他母亲的骗言，不愿意放弃帝位，听说爱育黎拔力八达已在大都主持朝政，则更加不满。他立即派康里人脱脱返回大都，向答己表示：“我捍御边陲，勤劳十年，又次序居长，神器所归，灼然何疑。今太后以星命休咎为言，天道茫昧，谁能豫知？设使我即位之后，所设施者上合天心，下副民望，则虽一日之短，亦足垂名万年，何可以阴阳之言而乖祖宗之托哉！此盖近日任事之臣，擅权专杀，恐我他日或治其罪，故为是奸谋动摇大本耳。”同时，海山亲率精兵三万，分三路直趋上都。答己和爱育黎拔力八达闻讯后，自量无力同海山争夺，立刻改变主意，率众北上，与海山在上都相会，举行忽里台，处死安西王阿难答，废黜卜鲁罕皇后，并于五月二十一日（1307年6月21日）在大安阁举行仪式，立海山为帝，是为元武宗，蒙古语称曲律皇帝。六月初一日，元武宗正式立爱育黎拔力八达为皇太子，确定他为自己的帝位继承人，一场复杂的帝位争夺，没有发展成为残酷的武力争战，最终在上都和平地解决了。①（参见《元史》卷二二、二三，《武宗纪一、二》）
元武宗即位后，平息了西北战火。至大三年（1310年）夏季他在上都举行忽里台，察八儿等西北诸王来朝，“诏特设宴于大庭”②（《元史》卷一三八，《康里脱脱传》），海都位下所积二十余年的五户丝岁赐，一次颁给。多年未解决的西北问题至此算是基本解决了。
元武宗之后的元仁宗和元英宗，都是在大都即位的，忽里台在大都举行，即位后皇帝率随从到上都驻夏。元英宗即位之后，在木华黎后人拜住的赞助下，实行了一些改革措施，触犯了一部分蒙古、色目贵族的利益。以御史大夫铁失为首的一群贵族官僚暗中策划反对拜住和元英宗的行动，并和出镇漠北的甘麻剌子晋王也孙铁木儿取得了联系。铁失本人还任职忠翊卫都指挥使，兼领左、右阿速卫军。至治三年八月四日（1323年9月4日），他们乘元英宗由上都南返在南坡纳钵过夜时，以阿速卫军为外应，在行帐中刺杀了拜住和元英宗。臣下刺杀皇帝，在元朝历史上这还是第一次，这就是所谓的“南坡之变”。①（参见《元史》卷二八，《英宗纪二》：卷二〇七，《铁失传》）
南坡之变后一个月，也孙铁木儿在漠北龙居河举行忽里台，登上帝位，是为元泰定帝，随即南下，在上都和大都分别处决了参与谋杀元英宗的人。致和元年（1328年），元泰定帝带病赴上都驻夏，七月十日死于上都。扈从元泰定帝至上都的中书左丞相倒剌沙、梁王王禅、辽王脱脱等人筹划召开忽里台，推戴元泰定帝子阿剌吉八继承帝位。留在大都的佥枢密院事燕铁木儿（钦察人）则与西安王阿剌忒纳失里等人密谋，在大都举事，捕拿中书平章政事乌伯都剌等一批留守大臣，遣使往江陵迎接元武宗次子图帖睦尔。燕铁木儿弟撒敦、子唐其势得到消息后，都从上都遁回，助燕铁木儿调发留在京城的侍卫亲军，在两都之间的交通要道设防。八月二十二日，梁王王禅等率扈从元泰定帝纳钵的侍卫亲军由上都南下，分道进攻大都，辽王脱脱、左丞相倒剌沙等人率少数军队留守上都。二十七日，图帖睦尔赶到大都，九月十三日即帝位，改元为天历，是为元文宗。同月，倒剌沙等在上都立阿剌吉八为帝，改元天顺。九月初至十月上旬，上都军队频频发起攻击，居庸关、古北口、紫荆关等重要关口都曾被攻破，燕铁木儿亲自率军东征西战，分头击败来敌，保证了大都的安全。十月十三日，齐王月鲁帖木儿会同燕铁木儿的族人、东路蒙古军元帅不花帖木儿，率军由辽东突然出兵，包围上都，倒剌沙等人奉皇帝玉玺出降，被送到大都处死，站在上都一边的军队，很快土崩瓦解，两都之间的混战停了下来。②（参见《元史》卷三二，《文宗纪一》：卷一三八，《燕铁木儿传》）这场战争给大都和上都带来了很大的损失，两都间的站赤、桥梁、关口都遭受了不同程度的破坏。
元文宗的哥哥和世，当时正坐镇漠北。两都兵戈相见时，和世按兵不动，静观事态发展。大局已定后，元文宗恐再引起帝位争端，主动遣使者北来，请和世南下即帝位。和世便于次年（1329年）正月在和林召开忽里台，即皇帝位，是为元明宗，图帖睦尔则在大都宣布退位，并遣沙剌班等人辇送金银币帛至和林，供忽里台赏赐使用。和世三月初从和林向上都进发，派人先往上都筹划物资，准备举行包括察合台后王参加的忽里台。就在他踌躇满志、慢慢南行的时候，一个新的阴谋已孕育成熟。图帖睦尔不愿放弃帝位，燕铁木儿也恐怕失去权势，两人合谋寻找有利的时机将和世害死，夺回帝位。为此，燕铁木儿于三月奉皇帝玉玺出京，北迎和世，制造一切顺利的假象。五月中，图帖睦尔也由大都前往上都，迎接和世。毫无警惕的和世于八月初一日抵旺兀察都。次日，图帖睦尔来会，在行宫举行大宴会。六日，和世“暴卒”，图、燕两人的计划顺利实现了。①（参见《元史》卷三一，《明宗纪》）“当年铁马游沙漠，万里归来会两龙。周氏君臣空守信，汉家兄弟不相容。只知奉玺传三，岂料游魂隔九重。天上武皇亦洒泪，世间骨肉可相逢。”②（萨都剌：《雁门集》卷二，《即事》）为了争夺皇位，兄弟之间演出了骨肉相残的悲剧。
元明宗死后，图帖睦尔在燕铁木儿的严密保护下，于两日内驰至上都。天历二年八月十五日（1329年9月8日），图帖睦尔在大安阁举行了复位仪式，燕铁木儿及其家族得到了最高的奖赏。元文宗一朝，燕铁木儿始终担任要职。至顺三年（1332年）八月，元文宗病死于上都，临终前留下遗言：“昔者晃忽叉（即旺兀察都———引者）之事，为朕平生大错。朕尝中夜思之，悔之无及。燕帖古思虽为朕子，朕固爱之：然今日大位，乃明宗之大位也。汝辈如爱朕，愿召明宗子妥懽贴木儿来，使登大位。如是，朕虽见明宗于地下，可以有所措词而塞责耳。”燕铁木儿并未按元文宗遗愿办事，“自念晃忽叉之事，己实造谋，恐妥懽贴木儿至而治其罪，姑秘文宗遗诏，屏而不发”③（第一句指和世长期在漠北及兄弟两人相逢事，后面几句即隐喻元文宗害和世事。“武皇”指元武宗），于十月立年仅七岁的元明宗次子懿璘质班为帝，自己仍然把持朝政。懿璘质班在位仅月余即死去，燕铁木儿虽将妥懽贴睦尔接到大都，仍具猜疑之心，不立新君，自己独掌大权，至顺四年（1333年）春，燕铁木儿病死。六月八日，妥懽贴睦尔在上都即位，是为元顺帝，这是元朝的最后一位皇帝。④（权衡：《庚申外史》。参见《元史》卷三八，《顺帝纪一》）