蒙哥即位时43岁，他是继成吉思汗后最杰出的蒙古大汗，他沉默寡言，并不喜好奢靡的生活或狂饮暴食，打猎是他唯一的乐趣。在他的统治下，札撒和祖辈制定的戒律恢复了以往的严厉性，他既是一位能干的领导者，也是一位公正的管理者，他加强了行政管理机构，因此，在他努力下，成吉思汗建立的国家机器得以恢复，蒙古帝国逐渐发展成为一个庞大而又正规严谨的国家。
在他统治之初，他对拔都心怀感恩，因为正是拔都一手将他推上汗位的，但这也导致了一种权力的分裂，拔都在巴尔喀什湖以西的地区实施着事实上的独立统治，但所幸拔都1255年去世了，蒙哥成为蒙古世界里最强大的唯一君主，他甚至下令禁止各个封地上的首领擅自收税，将各个属国的税收大权揽为中央，显然，如果他能活得更长久点，蒙古帝国的分裂不至于那么快，各个属国将继续作为一个统一的国家而存在。
自从窝阔台去世以后，蒙古几乎停止了对外的一切征服战争，蒙哥决定重启战火，1253年，在斡难河的源头，蒙哥召开了忽里勒台大会，这次大会决定派他的弟弟忽必烈再次向南宋发动攻击，另外再派他的另一个弟弟旭烈兀远征西亚，去征服波斯。旭烈兀的远征很顺利，1258年攻陷巴格达，杀末代哈里发，灭黑衣大食，伊尔汗国就是旭烈兀在此基础上建立的，此后一直到1335年，伊朗和美索不达米亚就一直在蒙古人的统治之下。
忽必烈进攻南宋选择了侧击，他和速不台的儿子兀良哈台带兵进入云南，大理国王段兴智不战而降，紧接着兀良哈台进攻吐蕃，迫使吐蕃承认了蒙古的宗主权，1257年底，兀良哈台开始进攻，也被迫臣服。
1258年9月，蒙哥再一次召开了忽里勒台大会，会上有人质疑为什么这么久还没打下南宋，蒙哥于是决定亲自出征伐宋。10月，蒙哥率蒙古主力，从陕西来到四川，攻下宝宁，12月，进攻雅州，蒙哥此时已经重病缠身了，手下的将领都劝他先回去，但蒙哥一心向前，到了渠州，没能攻克，改道巴州，然后又督军进攻合州钓鱼城，但在围攻合州时，蒙哥又感染痢疾，于1259年8月11在合州附近去世。
蒙哥死时，忽必烈正率领另一支大军，从河北一路南下围攻鄂州，而兀良哈台，从云南进军广西，破桂林，直逼长沙，南宋的北、西、南面已被蒙古军队团团围住，但蒙哥的突然离世，给了南宋短暂的喘息之机，忽必烈希望拿出精力去争夺蒙古大汗的位置，他匆忙之间与南宋权臣贾似道达成和谈，并签订了停战协定，两国以长江为边界，然后他率军赶回蒙古，开始了与他幼弟阿里不哥长达五年的争汗斗争。