至亲仙逝
在忽必烈的晚年，他最宠爱的妻子察必在1281的去世，使他陷入孤独和痛苦之中。察必所生的儿子真金早已被立为皇太子。察必还是忽必烈妻子当中唯一在太庙中立有牌位的女人。
1285年，最喜爱的儿子真金去世，不仅令忽必烈心碎，而且破坏了他的皇位继承计划。真金是他最信任的继承人，为了使他将来承担大汗和中国皇帝的重任，忽必烈找来当时一些最著名的人物担任他的老师，对他精心培养。真金所学习的科目从中国历史到佛教，无所不包。然而正当他壮年便去世了，这场突如其来的变故，几乎击碎了忽必烈的所有梦想。当时整个元帝国笼上一股沉闷的气氛。不过，真金的儿子铁穆耳后来被选定为忽必烈的继承人，并于1294年成为中国皇帝，史称元成宗。
同室操戈
忽必烈统治后期，为了抵制东北诸王的势力，罢去北辽东道等宣慰司，在东北置行省进行统治。由于利益受损，公元1287年（至元二十四年），东北宗王乃颜大为不满，便勾结以海都为首的西北诸王，发动叛乱。乃颜乃是成吉思汗弟弟斡赤斤的后代，其祖父乃著名的塔察儿国王也速不花。
忽必烈不得不用计对的西北诸王大加封赏，权且分化了乃颜的联合阵营，减轻了中央政府的威胁。尽管这样，胜纳合儿、也不干等蒙古宗王仍然与乃颜联兵，结成攻守同盟。不过，他们还是小瞧了忽必烈这位年逾古稀的老皇帝，他派伯颜先据和林，割断乃颜与海都等人的联系，然后御驾亲征，往讨乃颜。
同为一个家族，现在却兵戎相见。双方对阵，由于元朝蒙古军中高级将领均与乃颜部有关系，交阵之时，不打不杀，双方却唠嗑叙旧。忽必烈听闻，深感忧虑，最后还是大臣叶李出主意，让女真将领李庭、董士选两个人统率汉人军队冲在最前面，与乃颜部队开战，而让大军切断他们的后路，让他们认识到后退必死无疑，只有往前冲。这有种破釜沉舟的感觉！忽必烈依策而行。
李、董二人率领的汉人军队，曾经参加过大大小小百余场战斗，与乃颜蒙古人没有任何瓜葛，又被别人切断了退路，故而勇气百倍，无不以一当十，在火炮掩护下，高声呐喊，杀向乃颜蒙军。乃颜抵挡不住，最后被抓住。
忽必烈用毛毡装将乃颜裹起，派数名壮士猛摇猛抖，活活把乃颜摇抖至死。
1293年（至元三十年），蒙古宗王海都又是侵逼和林。已经快八十岁的忽必烈强拖病躯，又一次亲征。海都闻讯退走。
孛儿只斤·海都，蒙古帝国窝阔台汗之孙，孛儿只斤·合失之子。曾支持阿里不哥与忽必烈争汗位。1251年蒙哥的即位在黄金氏族内部划下一道深深的裂纹。窝阔台即大汗位时，全体宗王曾立下“只要是从窝阔台合罕子孙中出来的，哪怕是一块肉，我们仍要接受他为汗”的誓言，贵由汗即位的忽里台大会上，诸王也有类似的宣誓。因此，海都认定拖雷后人占据大汗之位是非法的，故而很早就萌生了反叛想法。宪宗六年，蒙哥大汗“遗天麟使海都，拘留久之”。拘禁大汗使者，其实已露叛意。
他统辖叶密立（今新疆额敏东南）一带原窝阔台和贵由的封地，于至元五年（1268年）发动叛乱，并建窝阔台汗国。是窝阔台汗国的实际创立者。
外患不止
其实，此时的蒙古诸汗国：伊儿汗国、察合台汗国、钦察汗国、窝阔台汗国，已经处于独立状态，中央政府无力管辖。加上这些汗国统治者认为忽必烈违背草原蒙古族精神。不能再接受膜拜。
对于汉人来讲，忽必烈根本就不再重用汉人，因为他觉得对汉儒的利用已经完毕。汉人成为元帝国的最低等民众，民族岐视到了不可调和的程度。
内政失修
忽必烈宠用阿合马等人二十多年，流毒天下。加上南征南宋，两征日本，两征缅甸，三伐安南，又攻占城，攻爪哇，三十年间，兵事无岁不兴，好大喜功，至死不悔。等到忽必烈晚年的时候，元帝国的根基已经动摇了。
1294年正月，忽必烈死在他宫中的紫檀殿。权臣们纷纷表示哀悼，向忽必烈的孙子和继承人铁穆耳即后来的成宗问安。蒙古汗廷接着召开了忽里台选举继承人，但只是认可忽必烈的选择。
忽必烈驾崩几天之后，一辆肃穆庄严的带篷大车开始向肯特山进发，忽必烈将葬在那里。他的确切埋葬地点未见记录，而且至今仍未发现。
