大都城的开工时间与蒙古围攻襄阳几乎同频，也可见元朝国力之超强。
燕京城旧址此时已有千年历史，也是辽南京和金中都所在地。蒙古灭金时金中都受到重创，原有宫阙尽成废墟，重新修葺还不如新建来得省事，再加上所依托的水源水量有限，忽必烈和刘秉忠最终决定不在燕京旧城基础上修葺补充，而是另觅新址，在燕京城东北建造新都。
这个新址虽跳脱了金中都，但与金帝离宫大宁宫在同一区域，忽必烈往来燕京时，曾多次驻跸大宁宫宫苑，至少是熟悉的。可以说，“忽必烈考虑建造新都城时，最重要的决定，是不在旧城基础上修葺补充，而是利用近郊金世宗所建之万宁离宫为中心，重新兴建城垣宫殿”。
大都城的精华部分在于太液池，包括现在的北海和中海（南海当时尚未开凿），据说太液池中满栽芙蓉，元朝皇帝专门造了龙船，在池中往来游戏。太液池东岸为忽必烈居住的宫城（即明清紫禁城前身）；西岸为南北对峙的隆福宫和兴圣宫，隆福宫先后为皇太子和太后之居所；中有琼华岛与瀛洲（今北海团城），琼华岛山顶的广寒殿为大都城地势最高处。
至元二年（1265年）十二月，忽必烈命工匠制作了名为“渎山大玉海”的酒缸，放置在广寒殿中。元亡后，渎山大玉海流落到皇城内一所道观中作腌菜坛子，直到乾隆年间才被重新发现，移置到北海团城承光殿前亭子内，至今尚存。
建成后，大都城的外郭城周长六十里（实地测量为28600米），约为金中都的1.5倍，南北略长，呈长方形；城门共十一座，北面两座，其他三面各三座；据元朝官方的统计，大都城居民约为十万户，按一户有四五口计算，大都总人口约为四五十万人，“除定居的汉蒙、色目和其他北方民族，还有众多从中亚、欧洲来作短暂停留的使节商贾”。
按照日本学者杉山正明的说法，刘秉忠营建大都的主要依据为《周礼·考工记》，可以说是“正统的、理想的汉式皇城”，甚至是中国历史上唯一一座按照《周礼》建造的都城。
但在私家著述与民间传说中，大都城更像是神秘主义的产物。最玄秘诡异的莫如“哪吒城”的传说，据元末张昱《辇下曲》与明初长谷真逸的《农田余话》，“刘秉忠所以开辟十一座城门，是要附会哪吒神的身躯；南面三门象征三头，东西六门代表六臂，北面两门配合两足”。《农田余话》里还有种更离奇怪诞的说法是，元世祖即位至元朝灭亡，恰好百一十年，因此燕都十一门也是亡国之谶。
这些传说至少有一点根据是真的，《元史·刘秉忠传》中说刘秉忠“三式六壬遁甲之属，无不精通”，因此营建大都城时引入些阴阳术数倒也并不意外。
据《元史·刘秉忠传》，首先提出建大元国号的也是刘秉忠，至元八年（1271年），“奏建国号曰大元，而以中都为大都”。
这也可见“大元”与“大都”的共生关系。从行汉法、用汉臣、采用汉式年号、建“大元”国号，到营建大都，显示了忽必烈逐步将政治重心移向中原。
然而，这并不意味着元朝政权的深度汉化，更遑论全盘汉化，那些更深层次、更核心的蒙古意识形态，比如家族公产制、宗王分封、怯薛、忽里勒台大会等，并未受到汉化的严重冲击。而作为汉化核心指标的科举，忽必烈至死也未正式推行，以铨选、察举、国子监乃至世袭作为科举的替代，中下层官僚机构一度充斥着刻薄冷酷的胥吏。一直到忽必烈驾崩近二十年后，元仁宗才于皇庆二年（1313年）下诏恢复科举。
忽必烈本人也未必精通汉文化。忽必烈的所谓汉化，在功利化的政治军事层面，而不在更本质的文化与生活方式，更多是一种世界帝国与中原王朝二元制的制度演进。
不过，忽必烈倒是让儿子真金自少年起就接受了系统的汉文化教育，他先后指定姚枢、窦默和王恂这三位金莲川旧人作为真金的儒学老师，以《孝经》为启蒙，“每侍左右，必发明三纲五常，为学之道，及历代治忽兴亡之所以然”。
甚至有一种说法是，忽必烈有可能会说汉语，但不会读写汉语。清人赵翼在《廿二史札记》中专门有“元诸帝多不习汉文”一节，找到数处忽必烈时代“是凡进呈文字必皆译以国书（蒙古文）”的证据，得出了“世祖始用西僧八思巴造蒙古字。然于汉文，则未习也”之结论。
从这个角度而言，忽必烈个人层面的“汉化”，远逊于康熙、乾隆这些汉文化精通者。他的所谓汉化，不是出于审美，而是出于政治功利。
忽必烈遵行的某些汉法，与其说是为了汉化，不如说是为了集权。汉法固然有“郁郁乎文哉”的一面，但也有中央集权大一统的一面，而后者恰恰契合了忽必烈的权力需求。忽必烈可以通过选择性地行汉法，突破蒙古制度中某些限制大汗权力的传统。
一个例子是，襄阳城破的同月，也就是至元十年（南宋咸淳九年，1273年）二月，忽必烈下诏立嫡长子真金为皇太子。尽管册文标榜立储是“仰惟太祖皇帝（成吉思汗）遗训”，“上遵祖宗宏规”，但这显然有违集体推举新任大汗的忽里勒台大会制度，而那恰恰是由成吉思汗亲自创设的。
立储和嫡长子继承制固然是遵行汉法，但也可以理解为忽必烈借机与忽里勒台大会争夺蒙古汗位继承权，毕竟，他本人的即位就绕开了忽里勒台大会。当然，忽必烈此时不可能预料到，推举制与立储制的缠斗才刚刚开始。
忽必烈政权的汉化很可能只是浅层次的，但因此导致的离心力如决江河，沛然莫之能御。这似乎是一个隐喻，忽必烈得到了“大元”，却失去了“大蒙古国”，“自忽必烈立国中原，建立元朝起，蒙古帝国业已名存实亡”。元朝与海都征战的三十多年间，忽必烈及其继承者的宗主权，仅仅得到由其六弟旭烈兀建立的伊利汗国的承认。即使在1303年平定海都之乱后，蒙古世界的和平得以暂时恢复，但“联合为一”不过是一假象，“元朝与各汗国间的互通使节仅代表国与国之间的宗藩关系。各地蒙古政权皆已地方化，无法共同拥戴一个远在天边，难以认同的大汗”。
不过，还有一种说法是，在忽必烈时代，蒙古帝国并未解体，甚至连分裂都称不上，“蒙古帝国中的内讧顶多只是争夺主导权而已”，毕竟，在蒙古帝国境内，唯一的大汗仍然是忽必烈。只是说，忽必烈治下的蒙古帝国，开始转变为一种有多个政治权力核心的，松散、多元复合的联邦国家，但包括欧亚大交流在内的整个帝国体系仍然维持了下来。
无论大蒙古国是否就此解体，忽必烈作为所谓蒙古人大汗的身份是否徒有虚名，他若想成为拥有无懈可击之正统性的中原王朝皇帝，都还得过最后一关——灭宋，实现大一统。
《元史·刘秉忠传》记载至元十一年（1274年）八月，在元军南下的号角中，五十九岁的刘秉忠在上都“无疾端坐而卒”，忽必烈震惊之余，对这位最早加入金莲川幕府的重臣评价称：
秉忠事朕三十余年，小心慎密，不避艰险，言无隐情。其阴阳术数之精，占事知来，若合符契，惟朕知之，他人莫得闻也。
刘秉忠一生营建两都，首提建大元国号，“他如颁章服，举朝仪，给俸禄，定官制，皆自秉忠发之，为一代成宪”，俨然元朝行汉法第一人。但忽必烈念兹在兹的还是“阴阳术数之精，占事知来”，可见相比儒学，这或许才是忽必烈最有兴趣的“汉法”。