致和元年（1328）七月，泰定帝在上都度夏期间病死。他年幼的长子阿剌吉八早在五年前就已立为皇太子。但在八月初，钦察部出生的高级军事将领燕铁木儿，以迎立武宗“圣子”为号召，在大都拘捕异己，公开发难。拥护阿剌吉八的上都军和大都军队之间遂挑开战幕；翌月，阿刺吉八和武宗次子图帖睦尔分别在两都被推戴为大汗。元代汗位之争至此发展到全国性的内战和不惜以暗杀手段来推动骨肉相残的地步。
孙铁木燕铁木儿是元武宗镇守阿勒泰山边地时最宠信的钦察战将床兀儿之子。武宗赴上都即位时，他以宿卫身份随驾南来。泰定帝朝，燕铁木儿不仅直接掌握左卫亲军和由族人组成的钦察卫侍卫亲军，而且以佥枢密院事总环卫事，有权调度保卫京畿的其他宿卫军。所以他能顺利举事，迅速左右大都局势。由武宗带来的漠北旧部子女中，不少人在仁、英两朝受到冷遇。燕铁木儿声称要把帝位夺归海山系，在当时颇有响应者。支持大都最得力的河南行省首脑伯颜（与平宋主帅伯颜不是同一人），就铁心拥戴“吾君（指海山）之子”图帖睦尔，亲自勒兵护送他北上。伯颜不仅献出本省财赋，而且还截留了东南诸省经河南北解的“常赋”，一起供给大都。站在大都一边的还有湖广、江西等省。
公开支持上都的，除辽阳而外还有陕西行省。两都之战开始时，上都方面分兵四路。其中三路分别叩击居庸关、古北口和辽东迁民镇（今山海关）；另一路绕行山西，再向东回攻紫荆口，大概带有与陕西军队互相接应的意图。这种用多头进攻撕开拱卫大都的前方防线、进而对之实施包围的战略，对一时无法从南方省份调集足够兵力的大都集团确实是一种严重的威胁。但是，把兵力分散在长城一线东西千余里的上都军队，如果各自为战，互相间缺少配合和呼应，也很容易被集中相对优势的大都军队各个击破，从而使全线攻势陷于瓦解。
燕铁木儿似乎敏锐地看到了这一点，所以除分出一小部分兵力把守长城诸关隘以外，他将最能作战的主力集中在本人直接指挥之下，在40天时间内，东西奔突、迅速转移近十次，往返转战于最需要增援的那些战略要地。到了十月中旬，上都军虽曾有不止一次逼近大都城下的战迹，四路进攻却被悉数击溃。随着形势的渐次明朗，部分持观望立场的驻牧辽东的东道诸王很快倒向大都，起兵进围几近空城的上都。上都集团首脑或遁或降，阿刺吉八去向不明。十一月中，转战于山西、河南的几支关陕军队也先后在大都招谕下罢兵撤还。
铁木迭儿踩灭了两都之战的余烬，但帝位的归属问题仍使他心烦意乱。武宗有两子。长子和世依叔侄相继原则本应是仁宗的帝位继承人，却在仁宗逼迫下出京，后来流亡到西北察合台后王领地；次子图帖睦尔在泰定帝死时出居江陵，在燕铁木儿发难当月到达大都。出于“人心向背之机，间不容发”的形势，图帖睦尔立即在大都称帝，改元天历，并声称“谨俟大兄之至，以遂朕固让之心”。上都克复后，图帖睦尔迫于元仁宗在大德末年“推奉圣兄，谦居储贰”的前例，遣使往迎和世。
和世怀着乃父当年同样坚定的信心飘然从察合台封地启程，抵达和林后，便经随行的察合台宗王和漠北诸王、大臣合议，匆匆宣布即大汗位，史称明宗。他忘记了自己的父亲是以阿勒泰山前线统帅身份、藉三万精兵相扈从的强大武力为后盾而取得帝位的，而他本人却只有1800名贴身卫士。和世对此毫不经心，任情举措，结果被迫付出致命的代价。
天历二年（1329）四月，携玉玺北迎和世的燕铁木儿至大汗南下的行帐入觐。和世对他虽然有所封授，却削去了他手中的大部分兵权，同时对与自己一起流亡草原的亲信旧人大加委任。很明显，如果和世临朝，燕铁木儿很难会有君恩独厚的际遇，随和世入朝的新贵必定要分享由他出生入死才争得的胜利成果，甚至将他排挤到权力集团的边缘。他不愿接受这样的命运。而对图帖睦尔来说，一经即位为帝，原先的“固让之心”也很快销蚀，处在进退两难的矛盾心情之中。于是，“武仁授受”的正剧在第二次排演时变成了一场血淋淋的闹剧。
八月初，和世和图帖睦尔相会于连接大都与上都的驿路之上的旺忽察都行宫（在今河北张北县境）。不满五天，明宗“暴崩”。图帖睦尔“入临哭尽哀”，而后立即在燕铁木儿簇拥下，拥皇帝宝玺驰还上都，在那里再次匆忙即位，是为文宗。
天历年间连续两次重大变故，使蒙古、色目上层人心离散。忽必烈朝以后，蒙古高层内部的躁动不安，以文宗朝为甚。文宗本人在天历之变中涉嫌太深，所以也不便像泰定帝那样通过“诛逆”来收拢人心。这就迫使他完全倒向燕铁木儿，在朝中养成以这个颇具才干的独夫为核心的同气相求的权力小集团。燕铁木儿前后娶宗室女40人，纳泰定帝妃为夫人。文宗甚至把自己的儿子也寄养在他家里。天历年间也是一个气温偏低、自然灾害严重的时期。
由于政治气候和经济环境的限制，文宗临朝的四年，只好专意于追求一种振兴“文治”的表面效果。他在皇宫内收藏文物书画、图书宝玩的奎章阁设学士院，搜罗天下名士，聊备问对，入侍燕闲。奎章阁学士们不是治国平天下的君主政治智囊团，不过是一批才识超诣的“文学之士”而已。为了“示治平之永则”，文宗朝对大量的政府档案进行了系统的整理、编排、删削润色，纂修了一部大规模的官颁政书《经世大典》。
在旺忽察都“隐亏天伦”的行迹，给元文宗的心理蒙上了一层终生卸不脱的阴影。至顺三年（1332）夏他死于上都，皇后不顾燕铁木儿的坚请，“导扬末命，申固让初志”，执意要把帝位传给和世的儿子。和世长子妥懽帖睦尔当时出居静江（治今广西桂林）；次子懿磷质班时年7岁，在京师。燕铁木儿急于立幼，遂拥立懿磷质班即位，史称宁宗。这个小皇帝即位后五十余天病死。燕铁木儿再次建议拥戴文宗之子燕帖古思，仍被文宗后拒绝，不得已乃迎妥懽帖睦尔到京。但迁延数月不得立。恰巧这时燕铁木儿因纵欲过度溺血而死。妥懽帖睦尔才顺利即位。36年后，朱元璋派遣的北伐大军进逼大都，妥懽帖睦尔仓促出逃，翌年因痢疾死于应昌（故址在今内蒙克什克腾旗西达来诺尔附近）。元代流亡政权这时处境狼狈，所以他没有庙号；明政府以其“知顺天命，退避而去”，给予他“顺帝”的称号。此后作为蒙元王朝的一个继承国家，“北元”政权在蒙古草原还存在了很长一个时期。
在它的最后几十年中，元政权的积弱之势日益凸现。元代后期蒙古、色目各族受汉文化影响的程度迅速提高。自1340年代后，高层蒙古、色目官僚集团争论军国大事时所使用的，差不多全是儒家政治的语言，但这种情势似乎反而刺激起统治层内种族认同和种族防范意识的强化。仁、英二朝之后，汉人、南人官僚层中普遍存在的被朝廷疏离的心理状态一直积重难返。顺帝初权臣伯颜要杀张、王、刘、李、赵五姓汉人的臆想虽然虚妄愚蠢至极，但它无形中极严重地销蚀了元王朝君临汉地社会的合法性。顺帝采选宫女的消息在江南民间引起待字闺女争相出嫁的社会骚动，说明一种深刻的社会焦虑和不信任感正在全国弥漫。元顺帝好玩弄权术操纵臣下，导致上层官僚集团的政治意志麻木懈怠。吏治的腐败成为整个官僚系统的通病。经历过那段艰难时世的人评论说：“及元之将乱，上下诸司，其滥愈甚。”
至少在顺帝朝前半期，元政府仍然具有动员相当巨大的资源直接干预社会经济的能力，可惜它所从事的两项大规模行动，即变钞和开河，都没有取得预期的积极效果。“开河变钞祸根源”成为当时流传最广的一句民谣。至正十一年（1351）发行新纸钞“至正交钞”和新钱币“至正通宝钱”，用新钞使在民间行用已久的至元宝钞自动贬值。大量发行新币导致“物价腾踊、价逾十倍”的通货膨胀，以至所在郡县以物货相易。变钞没有改善国家财政状况，反而使政府信誉和社会金融状况蒙受巨大损失。
牧童放牛图1330年代以后。夺淮入海之前的那一段黄河河道，在今河南北部、山东西南部发生剧烈的由南向北的摆动。至正前叶，河溢造成的白茅堤决河和金堤决河，已清楚地显示出黄河干流北移的形势。河患危及元朝漕运的生命线即大运河以及山东沿海的盐场，大片地区的农业遭到严重破坏，岁饥民贫，所在盗起。至正十一年，元廷经过几年犹豫，定议用贾鲁治河。采用辟地凿沟和疏浚旧道的方法，将北摆的河道勒回南方，接入故道，由淮入海。治河共动员民夫、军队近20万，经八个多月完工。至正十七年以后，黄河干流又始而北摆，改由今渤海湾入海。所谓北河绝流、故道复通，终于落空为治河派主观上的良好愿望而已。不仅如此，开河之役正好为元末农民起义的发动者提供了动员上的便利。
即使在农民起义爆发之后，元朝的灭亡似乎仍未成为必然的结局。到至正十四年，元政府在对各地农民军的镇压中差不多取得了完全的主动。泰州盐贩出身的张士诚被脱脱统率的百万元军团团围困在高邮城内，天天讨论投降的事。正在这时，顺帝突然下诏解除脱脱的兵权和官爵，将他就近安置淮安路。在高邮城指日可克的形势下临阵易帅，使围城的百万之军不战而人心自溃。张士诚反败为胜。从这时起。元政权真正进入江河日下的颓势，而农民军中的朱元璋则逐渐由弱而强，并灭各支反元势力，北伐中原，于1368年定国号为明，成为取代蒙元统治中国的新王朝。换一个视角看元朝在元王朝的皇帝宝座上，始终坐着一个蒙古人出身的“天子”。元朝历史因此而具有不少独特性。
元政权曾经被人们称为“外族”政权、“异族”政权。其实，中国的历史和文化从来就不仅仅是汉族的历史和文化，而是汉族和其他许多少数民族的共同遗产。在历史上，汉族的中央王朝经常把周边的各少数民族地区纳入其统治范围，为什么到中原建立王朝的少数民族就要被视为“外族”甚至“异族”？元人自己把当国的蒙古人称为“国人”；在需要强调族属之别的时候则名之曰“国族”，或者“北族”。使用“北族”王朝来指称辽、金、元、清等等历史上的非汉族政权，与以“外族”、“异族”来对它们进行界定相比，显然要有更多的历史包容性。
13世纪后半叶，进入汉地和南部中国的蒙古人口，最多不会超过70到80万，而当时居住在宋、金旧土的汉族人口大约有7000多万（不包括云南和吐蕃之地的人口数）。人数不多的蒙古人，为了统治人口稠密、疆域辽阔的国家，把全国人口划为四等，即蒙古、色目、汉人、南人。元朝中央政府的行政、军事、监察机构和各行省的首脑，按制度照例由蒙古人担当，军机重务尤其不让汉族官僚与闻。“天下军马总数目，皇帝知道，院官（指枢密院官）里头为头儿的蒙古官人知道；外处行省里头军马数目，为头的蒙古省官每知道”。河西的党项人和从党项以西的西域各地进入华北及南中国的各族则被统称为色目人。元中叶后蒙古军队的战斗力下降，色目军队成为元朝统治最重要的军事后盾。色目人中的畏兀儿（今译维吾尔）人和信仰伊斯兰教的回回人，是帮助蒙古统治者从事财政管理和商业经营的得力助手。中原的旧金臣民（包括北方汉族、女真、契丹、高丽等族）和较早被蒙古征服的四川、云南居民属于汉人。中原和南方各地一般临民官员有很多是汉人。最晚征服的南宋旧土的居民称为南人。南人在元代的地位最低。想做官的南人千里迢迢地去大都接托权贵，常常带着南方的土特产腊鸡作为馈赠的礼物，以至北方汉人将南人戏称为“腊鸡”。他们的南方口音也成为被嘲笑的对象。
四等人制并不完全是按民族区别来划分的，但它确实体现了元朝政治和法律中民族隔离、民族防范和民族压迫的特点。元末的农民军还用“贫极江南、富夸塞北”来概括和抗议当时的民族不平等现象。但是民族间的不平等并没有体现元代社会关系的全部内容。当汉人为蒙古贵族“富夸塞北”义愤填膺的时候，漠北也经常传来蒙古饥民倒毙于风雪的讯息；蒙古穷人的子女，同样地被当做奴婢买卖。在色目军队也像蒙古军那样腐化以后，元朝最后十多年间镇压农民军的主力，其实是中原和南中国各地结寨自保、率兵“勤王”的“义军”，即汉族地主武装。可见元政权并没有一视同仁地代表全体蒙古人的利益，而汉族地主则在他们的穷苦同胞揭竿而起时也义无返顾地站到捍卫朝廷的立场上。明初被朱元璋镇压的江南各地大地主中，很多人在元代早已富甲一方。
元朝的统治还常常被人与经济残破的黑暗时代联系在一起。自北宋以后，河北、山东、山西、关中等地经济长期衰敝，这笔账当然不能全记在蒙古人南下的头上。1230年代以后，上述地区的农业和其他经济部门逐渐趋向于缓慢恢复乃至略见增长，四川的社会经济在蒙宋间的长期对峙中破坏惨重，当地户口十亡七八；河南在金末20年里遭到女真政权的疯狂掠夺，尔后又成为蒙金决战的场所和蒙古攻宋的前沿，长达一个半世纪的战祸使这里一片萧条；江淮之间也因宋元之战而蒙受巨大的经济损失。以上三个地区的经济在入元之初都已濒临崩溃境地。在元王朝统治下，江淮地区的经济获得较快的恢复，大体上回升到宋代的水平。河南的复苏也相当快，虽然它似乎未能再现北宋时代的繁荣。四川经济状况的好转最为迟缓，直到14世纪上中叶，仍然“遗墟败棘，郡县降废几半”；但是入元以后这里也一直处在逐步恢复当中。元朝平宋战争虽然造成南部中国某些地区的严重破坏，但由于元军着意贯彻忽必烈以“不杀”而取江南的意图，节制屠戮和破坏行为，因此所遭受的战争损失总的说来相当有限。在农业生产的基础本来已比较好的南方各地，社会经济得以基本上维持在南宋原有水平上下，甚至还有某些增长。杭嘉湖地区的可耕田到南宋后期已大体开垦完毕。元代将农田改造的重点从过去的筑堤围田转移到疏河排水、熟化低温耕地的方面，由此进一步开发对土地资源的有效利用。这一地区推行稻麦两作制的面积也比前代有所扩大。棉花种植的普遍推广、瓷器作为一般消费品进入寻常百姓的日常生活领域，对提高普通民众的社会生活质量都有十分重大的意义。