忽必烈的祖上是蒙古族。 1、孛儿只斤·拖雷 (元睿宗) 是孛儿只斤·忽必烈的父亲。
2、孛儿只斤·拖雷(Tului,蒙古语意为镜子,1193—1232年),成吉思汗孛儿只斤·铁木真第四子(幼子),尊号“也可那颜”(大官人)。
3、成吉思汗生前分封诸子,拖雷留在父母身边,继承父亲在斡难河和怯绿连的斡朵儿、牧地和军队。成吉思汗留下的军队共有约12.9万人,其中大部分(10.1万)都由拖雷继承。1227年成吉思汗去世后,三儿子孛儿只斤·窝阔台继位,拖雷监国。1232年率军击败金军,在回军途中病逝。其长子孛儿只斤·蒙哥即位后追上尊号,谥“英武皇帝”,庙号“睿宗”。
1251年7月1日,忽必烈长兄蒙哥登基成为大蒙古国皇帝即蒙古帝国大汗,是为元宪宗,因为忽必烈在蒙哥的同母弟中“最长且贤”,蒙哥即位后不久即任命忽必烈负责总领漠南汉地事务。忽必烈在这段时间内任用了大批汉族幕僚和儒士,如刘秉忠、许衡、姚枢、郝经、张文谦、窦默、赵璧等等,并提出了“行汉法”的主张。儒士元好问和张德辉还请求忽必烈接受“儒教大宗师”的称号,忽必烈悦而受之。忽必烈尊崇儒学,“圣度优宏,开白炳R,好儒术,喜衣冠,崇礼让。”
1252年,宋军攻打河南边地。忽必烈请准蒙哥在河南设经略司,任命蒙哥、史天泽、杨惟中、赵璧为经略使。6月,忽必烈前往草原觐见蒙哥,奉命率军征云南。
1253年,蒙哥分赏诸王,忽必烈得到京兆封地。忽必烈建立京兆宣抚司。忽必烈率领大军在六盘山度夏。秋天,大军经过临洮进入藏族地区,到达忒刺(今四川松潘)地方。8月,忽必烈率军从陕西出发,进攻位于今云南等地的大理国;1254年1月2日,忽必烈攻克大理城,国王段兴智投降,忽必烈灭大理国。云南地区并入大蒙古国版图。
1256年,忽必烈又增受怀孟州封地。1256年夏天,以南宋扣押蒙古使者为理由,蒙哥正式宣布了攻击南宋的意向。忽必烈势力的发展,引起蒙哥的疑忌。
1257年,蒙哥命阿蓝答儿等在关中设钩考局,查核京兆、河南财赋。阿蓝答儿等从河南经略司、京兆宣抚司的官员中,罗织一百余条罪状,旨在除灭忽必烈所信用的官员,削弱他的势力。十二月,又亲自去朝见蒙哥。蒙哥见忽必烈来朝,相对泣下,要他不必再作表白。
1258年农历七月,蒙哥率大军攻入四川北部,一路所向披靡,攻克四川北部大部分地区,1259年初,在合州城下攻势受阻。
1258年11月29日,根据蒙哥的旨意,忽必烈在开平东北行祭旗礼,正式出兵启行南下攻宋,于次年8月2日,忽必烈率军抵达河南汝南,继续向南宋进发,并派命杨惟中、郝经宣抚江淮。1259年9月3日,忽必烈统领中路军渡过淮河,攻入南宋境内,随后一路向南,在湖北开辟新的战场,进攻长江中游的鄂州。