1229年蒙古貴族大聚會，遵照成吉思汗遺命推舉窩闊台為大汗。窩闊台即位後，決定親征金朝，遣大將搠裏蠻（又譯綽兒馬罕）往征波斯。時劄蘭丁已從印度回波斯，花剌子模舊將及各地諸侯奉他為主，據有波斯西部。搠裏蠻急速進兵，1230年冬抵阿塞拜疆，劄蘭丁從都城桃裏寺出奔，次年，為曲兒忒人所殺。搠裏蠻軍留鎮波斯，攻打諸國，穀兒隻（格魯吉亞）、亞美尼亞、魯迷（小亞細亞的塞爾柱突厥王國）等國先後歸附蒙古。搠裏蠻死後，由拜住那顏代領其軍。
滅金後，蒙古宗王、貴族大會，籌劃進兵南宋和遠征西域，繼續進行征服戰爭。1235年，窩闊台遣其子闊出統兵攻宋荊襄地區，闊端統兵攻四川，對南宋的戰爭從此開始。同年，窩闊台又召集大會，定議遣各支宗王長子統兵，出征欽察、斡羅思等國。萬戶以下各級那顏亦以長子從征；以拔都為西征軍統帥，速不台為先鋒。1237年，蒙古軍滅不裏阿耳、欽察，攻入斡羅思。三年之中，**了大部分斡羅思國土。1241年，拔都分兵兩路，侵入孛烈兒（波蘭）、馬劄兒（匈牙利）。蒙古軍在思格尼茨（今波蘭西部）一役，大敗孛烈兒、捏迷思（德意誌）聯軍，歐洲震動。1242年，拔都聞窩闊台死訊，率軍東返，留駐也的裏河下遊，統治所征服的欽察、斡羅思等地區。
窩闊台在位期間，大蒙古國的政治、經濟製度逐步完備。1229年，製定了蒙古民戶的羊馬抽分及其他差發製度，限製諸王、那顏任意科取；進一步健全驛站製度，從各千戶簽調站戶當役，規定使臣往來需經由驛路，以免騷擾沿途百姓，乘驛者需持有牌子文字，方許付給驛馬、飲食；又命人在沙漠地區掘井，以擴大牧場。1235年，簽調漢族工匠，於斡耳寒河（今蒙古鄂爾渾河）旁建立哈剌和林城郭，作為都城。對所征服的定居農業地區，其統治和剝削方式也作了初步改革。窩闊台即位後，即采納耶律楚材的建議，在中原漢地實行征稅辦法，規定“漢民以戶計，出賦調”，以耶律楚材主管其事。1230年，設立十路課稅所，專掌征收錢穀。1234年滅金後，下令檢括中原民戶，命失吉忽禿忽為中州斷事官，主持括戶。次年，各路同時編籍戶口，總數110多萬戶，稱為乙未（1235年）戶籍。按照蒙古分封製度，窩闊台將一部分中原州縣民戶分賜給諸王、貴戚、功臣為食邑，計70多萬戶，其餘民戶則作為皇室共有財產，直屬大汗政府。又采納耶律楚材建議，規定受封貴族隻在分地置達魯花赤監臨，由朝廷設官征賦，按其應得份額頒給。分民每兩戶出絲一斤納於政府，每五戶出絲一斤納於受封者，稱為五戶絲。同時製定了各類人戶的丁稅、地稅以及商、鹽諸稅之法。在西域地區，實行征收丁稅的辦法，以花剌子模人牙老瓦赤主管其事，並先後設立了管理河中和呼羅珊等地的行政機構。