1229年蒙古贵族大聚会，遵照成吉思汗遗命推举窝阔台为大汗。窝阔台即位后，决定亲征金朝，遣大将搠里蛮（又译绰儿马罕）往征波斯。时札兰丁已从印度回波斯，花剌子模旧将及各地诸侯奉他为主，据有波斯西部。搠里蛮急速进兵，1230年冬抵阿塞拜疆，札兰丁从都城桃里寺出奔，次年，为曲儿忒人所杀。搠里蛮军留镇波斯，攻打诸国，谷儿只（格鲁吉亚）、亚美尼亚、鲁迷（小亚细亚的塞尔柱突厥王国）等国先后归附蒙古。搠里蛮死后，由拜住那颜代领其军。
灭金后，蒙古宗王、贵族大会，筹划进兵南宋和远征西域，继续进行征服战争。1235年，窝阔台遣其子阔出统兵攻宋荆襄地区，阔端统兵攻四川，对南宋的战争从此开始。同年，窝阔台又召集大会，定议遣各支宗王长子统兵，出征钦察、斡罗思等国。万户以下各级那颜亦以长子从征；以拔都为西征军统帅，速不台为先锋。1237年，蒙古军灭不里阿耳、钦察，攻入斡罗思。三年之中，**了大部分斡罗思国土。1241年，拔都分兵两路，侵入孛烈儿（波兰）、马札儿（匈牙利）。蒙古军在思格尼茨（今波兰西部）一役，大败孛烈儿、捏迷思（德意志）联军，欧洲震动。1242年，拔都闻窝阔台死讯，率军东返，留驻也的里河下游，统治所征服的钦察、斡罗思等地区。
窝阔台在位期间，大蒙古国的政治、经济制度逐步完备。1229年，制定了蒙古民户的羊马抽分及其他差发制度，限制诸王、那颜任意科取；进一步健全驿站制度，从各千户签调站户当役，规定使臣往来需经由驿路，以免骚扰沿途百姓，乘驿者需持有牌子文字，方许付给驿马、饮食；又命人在沙漠地区掘井，以扩大牧场。1235年，签调汉族工匠，于斡耳寒河（今蒙古鄂尔浑河）旁建立哈剌和林城郭，作为都城。对所征服的定居农业地区，其统治和剥削方式也作了初步改革。窝阔台即位后，即采纳耶律楚材的建议，在中原汉地实行征税办法，规定“汉民以户计，出赋调”，以耶律楚材主管其事。1230年，设立十路课税所，专掌征收钱谷。1234年灭金后，下令检括中原民户，命失吉忽秃忽为中州断事官，主持括户。次年，各路同时编籍户口，总数110多万户，称为乙未（1235年）户籍。按照蒙古分封制度，窝阔台将一部分中原州县民户分赐给诸王、贵戚、功臣为食邑，计70多万户，其余民户则作为皇室共有财产，直属大汗政府。又采纳耶律楚材建议，规定受封贵族只在分地置达鲁花赤监临，由朝廷设官征赋，按其应得份额颁给。分民每两户出丝一斤纳于政府，每五户出丝一斤纳于受封者，称为五户丝。同时制定了各类人户的丁税、地税以及商、盐诸税之法。在西域地区，实行征收丁税的办法，以花剌子模人牙老瓦赤主管其事，并先后设立了管理河中和呼罗珊等地的行政机构。