成吉思汗在向外扩张时，所面临的不光是军事上的挑战，还有政治上的挑战。对于一个草原民族来说，政治上的挑战更为艰巨，但蒙古帝国的统治者们比较成功地应付了这个挑战。在向中原、南方和西方扩张的同时，蒙古人不但积极利用了所征服的发达地区的技术，而且还任用了一批契丹人、汉人、畏兀尔人、回回人（阿拉伯地区信仰伊斯兰教的各族人）参与管理，对不同地区采用了不同的统治方法。对于最早攻占的汉族和其他农业人口地区，采纳了耶律楚材（1190～1244）的建议，建立了户口和赋税制度，使之成为钱粮基地。对于攻下后不能稳定控制的地方，则劫财富人口而去，或者屠杀，使之成为不能重新聚起反抗力量的地区。随着蒙古帝国疆域和军事力量的膨胀，蒙古政权中的汉人和中亚人增加了，劫掠和滥杀逐步收敛，一套新的行政管理体系建立起来。一种以农民、牧民和商人为基本成分的混合经济成了帝国的支柱，帝国变成了蒙古贵族政治军事统治下的多民族的松散的联合体。
成吉思汗的孙子忽必烈于1260年继承大汗位后，对横跨亚欧的广阔帝国的实际控制已成为当时的技术条件下不可能实现的事。帝国实际上分裂为欧洲、西亚、中亚和东亚土地上的三个汗国和元帝国。忽必烈把主要精力放在征服南宋和治理中国方面。在1279年消灭了南宋政权后，元帝国成了“北逾阴山，西极流沙，东尽辽左，南越海表”（《元史·地理志·序》）的辽阔国家，它的疆域比唐朝盛期还要广阔。
忽必烈早在蒙哥（1208～1259）大汗时便开始经营中国北方。他为了建立自己的权力基地，搜罗了当时金国的著名学者刘秉忠（1216～1274）、赵璧、姚枢（1203～1280）、许衡（1209～1281）等和一大批汉人和女真人将领，以及一大批阿拉伯人、波斯人和中亚其他民族的学者，甚至还包括像马可·波罗这样的欧洲人。为了治理中原和南方，忽必烈采取了安业力农的政策，由朝廷的司农司颁行了由孟祺、畅师文、苗好谦等参与编写的统一的农书《农桑辑要》7卷，作为各地农民耕种的官方指导书。并且，大兴水利工程，凿成了京杭大运河，宋金时代隔绝了的南北交通水路动脉在帝国时期重新畅通。河防工程也受到了重视，回回人瞻思丁在1321年根据北宋沈立1048年所编《河防通议》、南宋周俊1128年所著《河事集》、金代都水监编的《河防通议》等著作，整理改编成了一部新的水利学著作《河防通议》。这些初期的措施表明蒙古游牧民族的首领已经从马背上下来，开始关照土地上的耕种和黄河问题。在元朝前期，被长期战火焚烧过的残破土地上开始出现新的起色。
元代在江西做过县官的王祯（1259～1300）写了一部重要的农业技术著作《农书》（《王祯农书》）。这部书综合了北方旱田和江南水田耕作的经验，并绘记了大量各代的农器谱图。其中有东汉的水排和水磨，晋代的牛转连磨，宋代的32锭水力大纺车，以及当时发明不久的脚踏棉纺车，麻纺车等。其中水力大纺车是最先进的机器体系。在某种程度上，王祯的著作也是一部科学技术史著作。王祯还发明了木活字，改进了当时的活字印刷技术。元代关于农业的重要著作共有10多部，其中有维吾尔人鲁明善（又名铁柱，生卒年不详）于1330年写成的《农桑衣食撮要》。最早的饮食卫生与营养学专著《饮膳正要》也由蒙古族学者忽思慧写了出来。
在农业恢复的同时，元代的手工业也有了新的起色。手工业在蒙古帝国初期主要是生产兵器和军需的，元朝初期官营工场中各类工匠的人数已达百万计！不少杰出的工匠都被搜罗在这些分布在各地的官营工场中。随着征服战争的结束，手工业生产便转向日常生活用品和贵族享用的奢侈品生产。在元朝发展过程中，由于这些工匠中很多人是战争中的俘虏，社会地位极低，待遇不高，官营手工业生产逐渐萎缩了。但是，民间的手工业在太平时期也有一些发展，尤其是南方的民间纺织业更比北方发达。其中松江人黄道婆在1300年从黎族地区带回了轧棉车和弹弓，这一地区的棉布生产兴盛起来了。山西人薛景石（生卒年不详）编写的木工技术专著《梓人遗制》记载并绘存了当时最复杂的纺织机械，对纺织机械的历史和改进有着详尽的记绘。尼泊尔人阿尼格（1245～1306）设计监造的大都大圣寿万安寺（白塔寺）白塔是元代留下的一座有尼泊尔风格的著名建筑物。值得一提的还有元朝末代皇帝元顺帝（1320～1370），他曾制造了构思精巧、精妙绝伦的计时器——漏壶和龙舟，其精巧度超过了历代所造，因之他被京师人称为鲁班天子。不过，他勤于制造而荒于政务，最终的结局是元帝国寿命的计时器达到终点和龙舟倾覆。
元朝时手工业、尤其是纺织业的发展同当时中国的世界贸易大发展有关。中国传统的丝绸和瓷器一向是主要的出口商品，由于元朝时棉花在南北都已开始种植，棉布替代了一部分丝绸，使丝绸的出口量有所增加。当然，元代商业空前繁荣主要是由于欧亚大陆上林立的国家和政权被摧毁了，蒙古帝国在各交通要道上建立了驿站制度，东西方商道上的中间障碍被消除了。少数的欧洲人来到东方旅行，大批的中亚人——主要是信奉伊斯兰教的中亚各民族的人，到中国来做官或长期居住下来做买卖。他们在元帝国属于有特权的上等公民之列。中西亚的伊儿汗国和元朝的亲近关系也是这两个地区来往的可靠政治保障。元朝通行全国的纸币对贸易起了良好的作用，它起码有利于国内各地区的经济来往。元朝的大都、杭州、泉州都是闻名于世的大商业中心，中亚、西亚和中国的各种商品在这里交换。为来往商船指示航行方向的元代泉州六胜塔一直屹立到今天。