马可·波罗一家在中国旅居了17年。他们思念故国，很想早日衣锦还乡。只因忽必烈不允，未能如愿。适逢至元二十六年（1289）伊儿汗国阿鲁王妃去世，阿鲁浑派三名使臣到元求婚。忽必烈选中蒙古公主阔阔真为伊儿汗国王妃，准备从海道送往伊儿汗国。马可一家争取到护送阔阔公主到波斯的使命，准备顺道回乡。至元二十八年（1291）年初，他们带着大汗致教皇、法兰西、西班牙王的信和公主及随从六百余人乘大船从福建泉州出发，在海上航行两年多到达波斯，完成了护送使命。波罗一家继续西行，1295年冬回到了威尼斯。
1298年威尼斯和热那亚城发生战争。马可出资装备了一艘战舰，亲任舰长。九月七日威尼斯舰队全军覆灭，马可不幸被俘。在热那亚监狱里，他把自己在东方的见闻向同狱难友比萨作家鲁思梯谦口述。鲁思梯谦记录下来，于1298年整理成《马可·波罗游记》，也称《东方见闻录》。
《游记》叙述了中亚、西亚、东南亚，重点是中国的情况。书中盛赞东方之富庶，文物之昌明，大大开阔了中世纪欧洲人的视野，激起了哥伦布等人冒险的决心。此书在中世纪一直是欧洲人了解亚洲和中国的主要依据。对中西交通史，中意关系史等方面有很重要的历史价值。
郭守敬修授时历
郭守敬，字若思，是顺德路邢台（今属河北）人。他祖父郭荣熟悉五经，精通数学与水利。当时正好有刘秉忠、张文谦、张易与王恂等人，一起在滋州西部紫金山学习，郭荣就让郭守敬去跟刘秉忠学习。
中统三年（1262）时，张文谦向朝廷推荐郭守敬是位擅长水利工程的人才，并且思想灵巧，胜过平常人。元世祖忽必烈命他觐见时，他当面陈述了应该兴办的六项水利事业。
每奏报一项，皇帝总是赞赏道：“像这样去办事的人，方才不是白吃饭的。”于是派他担任提举诸路河渠的官职。中统四年，升任佩银符副河渠使。
至元元年，郭守敬随从张文谦去到已改为行省的前代西夏国地方去任职。那里的中兴州本来有两处古代的河渠。一条名唐来渠，长400里；另一条名汉延渠，长250里。其他各州还有正渠十条，都长200里；大大小小的支渠有68条。一共灌溉着九万余顷的土地。发生战乱以来，渠道废坏，河也淤积了。郭守敬修复了水坝水闸，整治了河身，恢复了原状。
至元二年，郭守敬升任都水监。他上奏说：“从中兴州乘船沿黄河而行，四昼夜可抵达东胜。这一段能够开辟水运，应该加以修治。”又说：“金朝时，从燕京西面的麻峪村，引卢沟河一条支流穿过西山向西，叫做金口河。它灌溉着金口以东、燕京以北的一大片土地，利益是极大的。自从进军燕京以来，守卫人员惧怕发生失误，用大石块将它填塞了。现在如查看原有河道，仍使水道畅流，上游段可把西山的货物运出来，下游段可以沟通燕京的水运。”他又道：“还应该在金口西面预先开挖一条分水渠，从西南方回归到主流道，要深一些和宽一些，以防涨水时洪水冲入京师。”皇帝认为都是很好的意见。至元十二年，伯颜丞相进军南宋，需要设立水路驿站，派郭守敬去视察河北、山东一带可以行船的河道，绘图上报。
至元二十八年，朝廷派郭守敬去视察。他回来汇报道，滦河不能通行，卢沟河亦不能通舟。他就此陈报关于水利的十一项工作。其中之一为，大都城的运粮河，可不再采用一亩泉原有的水源，另外开引北山白浮泉的水，先向西行，再折而向南，通过瓮山泊，从西水门流入城内，汇集于积水潭。然后再往东，转向南面出南水门，使它流入原有的运粮河。每隔一里设置一道水闸，通往通州共设水闸七道。离闸一里余，再加设斗门，配合作开闭，以便调整河水而通船。皇帝看了奏章，应该赶快就办。就此又重新设立了都水监机构，使郭守敬为主管。皇帝命令，开工时自丞相以下百官，带头参加劳作。
至元三十年，皇帝从上都回朝，路过积水潭，只见船头接连船尾，把水面都遮没了。他大为高兴，把它起名为通惠河，赐给郭守敬钱钞12500贯，仍任太史令，兼任提调通惠河漕运事。这件事并没有实现。至元三十一年，他被任命为昭文馆大学士，知太史院事。
大德七年，朝廷下诏书，内外官员年纪到了70岁的，都可退休，唯独没有同意郭守敬的请求。从此以后，翰林、太史、司天官员都不退休，成为一项规定。延佑三年（1316），郭守敬86岁时去世了。
元朝初年采用大明历。大明历是祖冲之在南朝刘宋大明六年（462）制成的，所以称为“大明历”；又因这个历法以甲子为历元，所以也称为“甲子元历”。这是当时比较精密的一种历法。但是随着社会的进步和科学的发展，人们对历法提出了越来越精密的要求，加上大明历沿用多年，在当时出现了很明显的误差。于是，工部郎中刘秉忠首先上书元世祖请求修订新历。
至元十三年（1276），元军完全占领江南以后，元世祖决定设立太史局，进行修订新历的工作。这时，刘秉忠已去世，郭守敬调任工部郎中，主持修订历法。他向元世祖建议：在修订新历之前，应该进行一次大规模的天象观测。根据测验结果制订出来的历法，才是比较准确的。元世祖任命郭守敬和王恂率领南北日官（观测天象的官员）进行观测和推算工作。
在观测天象的工作中，首先需要解决的是仪表问题。当时所有的仪表都是从宋朝遗留下来的，仪表上的规环和零件已经不能使用。其中主要的一种仪器——铜浑仪，因为从汴京移到大都，两地的纬度不同，须移动四度，方合观测之用。而且表石也因年代久，倾斜得不能再用。郭守敬一面修复了旧的仪表，一面着手创制了一套新的仪表。至元十六年（1279）太史局扩建为太史院，王恂任太史令，郭守敬任同知太史院事。郭守敬把新仪表的图样绘成以后，献给元世祖，并为元世祖讲解新仪表的构造和功能，元世祖当时立即批准了创制新仪表的计划。郭守敬创制的新仪表有：简仪、高表、侯极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、论理仪、景符、闚几、日月食仪、星晷定时仪等12种。为了方便去各地观测人员的使用，又创制“正方案”、“丸表”、“悬正仪”和“座正仪”等四种仪表。此外，还制作了“仰规覆矩图”、“异方浑盖图”、“日出入永短图”等五个可同仪表相互参考使用的图。
仪表的问题解决后，郭守敬和王恂率领南北日官开始在全国范围内进行大规模的天文观测。首先在大都设立了司天台，并在上都、洛阳等五地分置天文仪表和观测天象的监候官。然后又从南北日官中挑选和培养了一批掌握观测技术的人，携带着郭守敬设计的正方案、丸表、悬正仪和座正仪等四种新制仪象，到达指定的地点进行观测。其观测的范围“东至高丽，西及滇池，南逾朱崖，北尽铁勒，四海测验，凡二十七所”。这样的观测规模，不仅超过了唐代一行和南宫说所领导的那一次，而且在世界天文学史上，也算得上一次少有的天文观测。
郭守敬和太史院的其他负责人根据这次观测得到的材料，加以精密计算，先后经过两年时间，到至元十七年（1280），终于完成了《授时历》，这一名称取自“敬授民时”，就是推动农耕事业的意思。六月，元朝政府公布天下，订于第二年——至元十八年（1281）正月初一日颁行授时历。
至元十九年（1282）太史令王恂去世。郭守敬承担起太史院的全部工作，同时将未定稿的一部分有关的历书进行整理和抄写，陆续完成了《推步》七卷、《立成》二卷、《历议拟搞》三卷、《转神选择》二卷等着作。至元二十三年（1286），郭守敬受任为太史令，将上述着作献给元朝政府。为了在民间普及授时历的知识，名副其实地做到授民以实，郭守敬还编制了各种通俗易懂的歌诀与歌括，对《授时历》的推行有重要作用。《授时历》是我国历史上一部精确的历法，对后世有重大影响。
帝师制度
帝师制度是元朝建立的一种独特的僧官制度。早在元太宗窝阔台时期，蒙古皇室已对藏传佛教各教派有所了解。贵由汗二年（1247），阔端写信邀请萨迦派高僧萨班·贡噶坚赞至今甘肃武威相见，萨班之侄八思巴随伯父同往。不久，西藏地方僧俗势力在萨班的号召下归顺蒙古皇室，萨迦派因此独受倚重。蒙哥汗三年（1253）忽必烈闻八思巴之名，召置左右，从受佛戒。元中统元年（1260）忽必烈即蒙古大汗位。同年，设总制院（后改称宣政院），负责管理全国佛教及藏族地区事务，封自幼生长于蒙古宫廷的藏传佛教萨迦派高僧八思巴为国师，命其领总制院事。至元六年（1269），八思巴献上他所创制的蒙古新字（即八思巴文），忽必烈将其颁行全国。第二年，升八思巴号为“帝师大宝法王”，赐玉印。从此帝师一职的设置终元之世而未改。
帝师一职，位高权重。自八思巴之后嗣帝师者，例领宣政院事，秩从一品，赐玉印。忽必烈以后元朝历代皇帝即位之初，都从帝师受佛戒。即位之后，要专门对帝师“降诏褒护”。其诏书络珍珠为字，被称做“珠诏”。平日百官上朝，排班列队，皇帝座旁为帝师设有专座。帝师的号令被称做法旨，通行于全国各地佛寺。皇帝对藏族地区发布的诏书，例由帝师副署。帝师出行，皇帝往往派大臣迎送，甚至用皇帝的半副仪仗为其开路导行。帝师生前备受尊崇，死后也享尽哀荣。以首任帝师八思巴为例，至元十七年（1280）他去世后，被加封为“皇天之下一人之上开教宣文辅治大圣至德者沈真智佑国如意大宝法王西天佛子大元帝师”。忽必烈为他在京城修建真身舍利塔。元英宗时（1321～1324），“诏各郡建帝师八思巴殿，其制视孔子庙有加”。元泰定帝时（1321～1328），又“绘帝师八思巴像十一，颁各行省，俾塑祀之”。元世祖敕令重修的《百丈清规》中列举元代重大佛事，佛诞、佛涅盘与帝师涅盘并提。帝师在元朝统治者的心目中，地位几乎与佛祖释迦牟尼相等。
帝师既受到元帝的尊崇，也对元帝负有一定的职责和义务，所以仍是元朝中央政府中的一名高级官员。作为宣政院最高负责人，帝师负责向皇帝举荐该院“居第二者”的宣政院使及以下各级官员。全国藏族地区所设三个宣慰使司都元帅府中的高级官员，如宣慰都使元帅、元帅、万户等，须经帝师或宣政院提名，然后由皇帝任命。元朝以萨迦本钦统领卫藏十三万户，对本钦的任免也要根据帝师的提名。此外，帝师作为皇帝在佛教方面的老师，要负责向皇帝传授佛法、授戒、为皇帝举行灌顶仪式，还要为后妃、皇子等皇室成员授戒。帝师统领天下僧尼，掌管全国佛教事务，要遵照皇帝的旨意主持佛事、弘扬佛教、为在位皇帝祈寿延年，为已故皇帝资祈冥福，祈祷国泰民安、风调雨顺。因帝师承担如此重任，故不可或缺。凡遇帝师因故暂离京师，皇帝即另委一人担任此职。至元十三年（1276），八思巴奉旨返藏，忽必烈即委任他的弟弟仁钦坚赞接任帝师。至元二十三年（1286）帝师达玛巴拉受命返藏主持西藏政务，忽必烈又任命八思巴的弟子意希仁钦接替他出任帝师。当时新任命的帝师年纪幼小，实权则操于宣政院使手中。
元朝前期实行扶植和倚重萨迦派僧人的政策，前后任命的十几位帝师中，除二三人身世不详外，其余均属萨迦昆氏家族，也就是萨班或八思巴的弟子、再传弟子。元朝末年，萨迦派在与其他教派势力的斗争中失败，其在西藏的统治地位为帕竹噶举派所取代，再加上元皇室对藏传佛教的信仰渐由萨迦派转为噶举派，由萨迦派僧人所出任的帝师一职于是形同虚设。元顺帝时的最后一任摄帝喃加巴藏卜，于明洪武五年（1372）以藏族地区前元朝高级藏族官员的身份归降明朝，第二年，被明朝封为炽盛佛宝国师。他先后举荐的旧元官员百余人，均蒙洪武帝授以官职。元朝覆亡后，明清两朝均不再设帝师一职。
重修大运河
元灭南宋后，仍利用隋唐运河旧道转运漕粮，路线大致是：由长江辗转入淮，逆黄河上达中滦旱站（今河南封丘西南），陆运180里至淇门（今河南浚县西南），入御河（今卫河），水运至大都。因运河河道多有壅塞，水陆转运颇多不便，而海上运路往往风信失时，也多倾覆，于是元朝政府着手组织对大运河的修凿。
至元十三年（1276）始凿济州河。至元十七年（1280），疏通通州运河。至元十八年至二十年（1281~1283），由奥鲁赤主持引汶水、泗水，从济州（今山东济宁）西北到须城安山（今山东东平西南）长150多里的济州河开通。曹路由淮河入泗水（今中运河），经济州河北抵安山，出大清河（今黄河下游），经东阿（今山东东阿南）、利津入海，然后由海运入直沽（今天津大沽口）转到大都。后又因海口淤沙壅阻，运道不通，又改由东阿陆运至临清（今山东临清南）入御河。至此，元代南北航运除东阿、临清之间一二百里陆路外，已经大致沟通。
至元二十六年（1289）朝廷采纳寿张县尹韩仲晖等人建议，开会通河以通运道。会通河自须城安山西南起，分梁山泺（今山东梁山、郓城等县间的梁山泊）水源北流，经寿张（今山东梁山西北）西北到东昌（今山东聊城），又西北于临清入御河，全长250余里。工程由李处巽主持，历时6个月。中途建水闸30处，可以随时调整流量。至此，南北航运已全线沟通。
至元二十八年（1291），按照郭守敬设计的方案开凿通惠河。通惠河导昌平县白浮村神山泉，通双塔榆河，引一亩、玉泉诸水入城，汇于积水潭，又东折而南，出文明门（今崇文门）至通州高丽庄入白河。总长164里，中设水闸21处，大致“每十里置一片闸”。工程历时一年，河成之后，漕船可以一直驶入大都城，“自是免都民陆挽之劳，公私便之。”
由通州南下至白河北运河北段，上接通惠河，下通大沽河，是南北通航要道，但是，由于所依赖的潞河（白水、榆水、浑水合流）水源不足，河道浅涩，通行不便。至元三十年（1293），忽必烈采纳漕运使司建议，又引小渠水入榆水，以增加流量，便利行舟。
至元末年，还曾经对相当于旧邗沟的扬州运河进行疏通。扬州运河在灭宋后逐渐壅塞，连年疏通，成效不大，至延佑四年（1317）方疏浚畅通。至治年间（1321~1323），又对属江南运河的镇江支河进行疏凿。疏凿河段自镇江至常州武进县吕城坝（今江苏丹阳东南），长131里。疏凿后河面加阔至五丈，底阔三丈，深六尺。同时，还开浚了镇江运河的重要水源练湖（今江苏丹阳北）。
元朝政府着手陆续修凿完成的大运河全长三千多里，北起大都，南达杭州，沟通了海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大流域。元代大运河对于元维持专制主义统治有重要作用，同时促进了南北经济文化的交流，也为明清运河的畅通以至现代大运河的水运条件奠定了基础。
平定西北诸王