围攻襄阳期间，忽必烈还干了一件震天撼地的大事。
至元八年（1271年）十一月十五日，忽必烈将“大蒙古国”国号改为“大元”。
忽必烈的《建国号诏》大致可以分为两部分。第一部分把中国自三皇五帝以来的国号臧否品评了一番，总之各有所短。更有信息量的是第二部分：
我太祖圣武皇帝，握乾符而起朔土，以神武而膺帝图，四震天声，大恢土宇，舆图之广，历古所无。顷者，耆宿诣庭，奏章申请，谓既成于大业，宜早定于鸿名。在古制以当然，于朕心乎何有。可建国号曰大元，盖取《易经》“乾元”之义……
这段话有两个要点。其一，之所以要改国号，是因为本朝“舆图之广，历古所无”，“大蒙古国”这个国号不再切合时宜，“既成于大业，宜早定于鸿名”；其二，国号“元”来自《易经》中的“乾元”。
元朝官方编纂的《经世大典·序录》说得更为透彻：
元也者，大也，大不足以尽之，而谓之元者，大之至也。
因此，“大元”这个国号算是“大”的语义重复，要凸显的就是一个“大”字。从这个角度而言，“元”之国号，与“至元”年号相互呼应。
就蒙古意识形态而言，这个“大”是领土大，大恢土宇，舆图之广；就儒家意识形态而言，这个“大”是大一统，唐德刚先生对此有简明扼要的阐释：
中国的朝代名称，从秦、汉、魏、晋……到宋、辽、金，均是具体的地名。但是蒙人在入主之后……乃改用一个抽象的名称“元”，以为朝代之名，以示其是一个真正的“四海之内，莫非王土；率土之滨，莫非王臣”的传统儒家思想里的宇宙大帝国，不自限于某一特定区域也。
自成吉思汗时代起，蒙古的蒙文国号一直为“yeke mongghol ulus”（音译“也可蒙古兀鲁思”），在建“大元”国号之前，蒙古的汉文国号除了直译而来的“大蒙古国”，还有一个是稍欠正式感的“大朝”。“大朝”一名，早在蒙古伐金初期就开始采用，此后并行达五十年之久。相对而言，“大蒙古国”使用以对外为主，在外交文书中最为普遍；“大朝”使用以对内为主，以羁縻中原汉人为主要作用，在汉地士民中使用更为广泛。
从文字的语义层面来看，“元朝”与“大朝”实为同义，只是前者更富文义，更适合作为正式的国号，“从‘大朝’到‘元朝’名号的嬗递，反映出蒙古从游牧国家到中原王朝的转变的完成”。但由于元朝始终具备世界帝国与中原王朝的二元性，“大元”一号采用后，汉文国号“大朝”与“大蒙古国”虽并遭废弃，但蒙文国号“yeke mongghol ulus”却继续沿用，迄于元亡，都未改变，甚至明代蒙古人仍如此自称。
当然，在非特定学术场合采用源于西方语境且更为通行的“蒙古帝国”，也无伤大雅。
随着忽必烈建“大元”国号，这里又有一个新的问题：元朝的起始时间为何？
聚讼纷纭，大致有五种说法：学术界主流认为是从1206年成吉思汗建立“大蒙古国”开始，证据之一是成吉思汗也被尊为“元太祖”；以“中原”地域中心主义出发，从1234年蒙古灭金统一北方算起；以忽必烈建政为标志，从1260年仿效汉法建元“中统”算起；以国号为标志，从忽必烈1271年改国号为“大元”算起；以鼎革为基准，从1276年元军攻占临安，宋恭帝出降算起。
在这五种说法中，本书更偏向于1260年和1271年这两说：前者建政，后者建国号，都着重于制度。以“1260年说”为例，建元中统前，“蒙古帝国都是以十二生肖纪年，并没有年号。年号是中国皇帝用以纪年的名号，是中国皇帝的专利。用年号纪年，便标志了忽必烈所建立的政权与大蒙古国的不同”。
除了创设国号“大元”，忽必烈制度建设的另一翼是营建“大都”，这些都是中原王朝叙事不可或缺的部分。可以说，“大都”与“大元”，都从属于“大”的意识形态。
大蒙古国的都城原为喀拉和林，中统四年（1263年）五月，忽必烈将其即汗位后实际居住的开平府升为都城，定名上都；中统五年（1264年）八月，忽必烈又降诏改燕京为中都，元朝的两都制由此正式确立，夏天在上都，冬天在中都；至元八年（1271年），燕京最终定名大都。
关于蒙古的两都制，最精当的说法可能出自杉山正明：既能同时维持“草原的军事力量”，又能掌握“中华的经济力量”。
忽必烈最早与燕京（大都）结缘，要追溯到金莲川幕府时代。木华黎之孙霸突鲁就曾建言定都燕京。
可见，大都从一开始，就是一种天下一统的意识形态。
元上都和元大都的主要设计者，均为忽必烈的金莲川幕府第一人刘秉忠。
忽必烈即位后，刘秉忠虽伴随大汗左右，但仍着僧服，被称为“聪书记”（法名“子聪”）。刘秉忠大概想效法唐肃宗时代的“白衣宰相”李泌，不愿为官，而是以僧人身份追随忽必烈。《元史·刘秉忠传》记载，至元元年（1264年），金莲川时代的同僚王鹗看不下去了，声称“圣明御极，万物惟新，而秉忠犹仍其野服散号，深所未安，宜正其衣冠，崇以显秩”，请求忽必烈给刘秉忠正式封官。
忽必烈深以为是，当天便下诏拜刘秉忠“光禄大夫，位太保，参领中书省事”。这也就罢了，忽必烈还将另一位“潜邸旧侣”窦默的女儿赐婚给刘秉忠，顺势让他彻底还俗了。
至元四年（1267年）正月，刘秉忠开工营建大都城，到至元十三年（1276年）基本建成；大都的皇城和宫城还要早一年开工（1266年），于至元十一年（1274年）大体竣工。