铁木真于1206年建国，其孙忽必烈于1271年定国号为元。元朝从1271年开国至1368年覆灭，共统治了97年。元王朝在今内蒙古建立了各级各类政权，以加强对该地区的统治。其政权形式有两种。

（一）实行领户分封制：1206年，蒙古各部推选铁木真为成吉思汗，建大蒙古国。成吉思汗即位后，实行领户分封制。成吉思汗按照十进制的办法，把蒙古各部和牧民分为十户、百户、千户、万户，打破了原来的氏族部落，并相应地设立了十户长、百户长、千户长、万户长。万户长和千户长由成吉思汗直接任命。千户长和万户长按其等级高低，领有一定范围内大小不同的疆域为封地和数量不等的封户，成为大小领主。

蒙古国成吉思汗九年（1214年），成吉思汗驻营于迭蔑可儿（约今锡林浩特林河流域），将新附的漠南东部地区进行分封。哈撒儿的封地在今额尔古纳河流域、呼伦贝尔和海拉尔河一带；按陈分得今河北省围场县北虾蟆岭、克什克腾旗达里诺尔、锡林郭勒盟锡林河流域等地区；按陈弟册分得今西乌珠穆沁旗西南部、巴林左旗松吉纳山、克什克腾旗西北、霍林河等地区；按陈弟火忽分得今大兴安岭以东、老哈河和西拉木伦河之间、乌力吉沐沦、巴林左旗西北部地区；按陈之子唆鲁火都分得今克什克腾旗大部、林西县和翁牛特旗西部等地区；亦乞列思部封地约辖今敖汉旗、奈曼旗、库伦旗、科尔沁左翼后旗及以北旗县的部分地区。

蒙古国元年（1251年），蒙哥即大蒙古国汗位。命皇弟忽必烈领治漠南蒙古及汉地的军政事宜。

蒙古国二年（1252年），蒙古统治者籍查汪古部驸马爱不花位下沙井（治今四子王旗红格尔苏木西拉莫仁庙西南古城）、净州（治今四子王旗吉生太乡城卜子古城）、集宁（治今察哈尔右翼前旗巴音塔拉乡土城子村古城）、桉打堡子（治今达尔罕茂明安联合旗鄂伦苏木古城）四处人户。

元至元九年（1272年），忽必烈第三子安西王忙哥剌所辖蒙古4000户驻牧察罕脑儿（今乌审旗南部）。忙哥剌出镇察罕脑儿，置宁王府，以商挺、李德辉为王相，设怯邻口都提举（正四品）为管理民匠机构。

元大德十一年（1307年），铁穆耳封哈撒儿四代重孙巴布沙为齐王，在额尔古纳河上游左岸建立齐王府。

元至大元年（1308年），海山即皇帝位。安西王安难答谋反被赐死，封地改为皇太子爱育黎拔力八达封地。立詹事院，置都总管府，具体管理察罕脑儿，察罕任都总管府总管。

元至大四年（1311年），海山驾崩，爱育黎拔力八达袭皇位，封地赐给皇后阿纳失里，由中政院管理察罕脑儿。

元至正二十五年（1365年），元妥懽帖睦尔封扩廓帖木儿（即王保保）为河南（辖今鄂尔多斯地区）王，总制关陕、晋冀、山东等处之军民。

（二）设立行中书省：蒙古世祖孛儿只斤忽必烈中统元年（1260年），忽必烈即蒙古汗位，建立国都，建元中统，设中书省，以管理全国事务，并设立了10路宣抚司。

蒙古国中统四年（1263年），忽必烈正式加封开平府为上都，升为上都路，路置总管府，上都路直属中书省。

元至元八年（1271年），依照中原政权的传统，忽必烈改大蒙古国号为大元。元党中央设中书省，除腹地外，各地设立行中书省，凡钱粮、兵甲、屯种、漕运、军站等事，均管理之。应昌路（今克什克腾旗达理湖畔）等属中书省。今宁城县、赤峰市一带属辽阳行中书省。是年，元世祖忽必烈迁都大都（今北京）。

元至元二十四年（1287年），元置辽阳中书省，其中设有大宁路（约辖今赤峰市东南部）、宁昌路（约辖今通辽市东南部）、泰宁路（约辖今兴安盟东部和呼伦贝尔市东部）。

元至大三年（1310年），元朝设宣慰使司（掌军民之务和边陲军粮之事），设元帅府于察汗脑儿，隶属陕西行省。

明洪武元年（1368年）闰七月，妥懽帖睦尔在明军的围逼下退出大都（北京），北迁上都（今正蓝旗境），元朝灭亡。