自年少时期，忽必烈(胡军 饰)便获得了成吉思汗(唐国强 饰)的赏识，被认定未来必将成就非凡事业。他天性仁厚，成长过程中屡次为兄长蒙哥(高发 饰)提供谋略与建议，然而蒙哥却受到谗言影响，怀疑忽必烈怀有异心。因此，蒙哥解除了忽必烈管理中原地区的职权，命令他率军征讨吐蕃与云南大理。忽必烈逐步攻灭了云南大理政权，并与南宋达成和议。公元1260年，他在开平即位称汗，尊号为大蒙古国可汗。在儒士刘秉忠等人的建言下，他建立了一种融合中原王朝制度与蒙古汗国体制的国家形态。
公元1215年，忽必烈降生于危机四伏的蒙古草原。彼时，窝阔台(巴森 饰)（忽必烈的三伯父）的妻子脱列哥那将忽必烈的父亲拖雷(吕良伟 饰)视为其获取权力道路上的主要障碍。随着拖雷的战功日益显赫，脱列哥那对于丈夫窝阔台能否顺利继承成吉思汗成为蒙古大汗的忧虑不断加深。而深受成吉思汗宠爱的忽必烈，更进一步加剧了她内心的不安。年幼的忽必烈展现出诸多独特的禀赋。父辈之间的权力争斗似乎尚未对他产生显著影响。他甚至与马官的小女儿林云萌生了纯真的情感。
行事不拘礼法的拖雷，屡次让兄弟窝阔台感到其行为构成挑战；加之脱列哥那的挑拨，窝阔台与拖雷之间的隔阂日益扩大。少年忽必烈此时被赋予重任，随军出征。临行前，在鼓舞士气的围猎活动中，忽必烈再次崭露头角。目睹子孙如此杰出的成吉思汗因极度欣喜而发生意外，坠马受伤，卧病在床。为了不影响军队士气，成吉思汗带伤出征。脱列哥那得知林云与忽必烈互生情愫后，故意将林云的父亲贬职并发配充军。林云的父亲受此刺激，杀害全家后自尽。忽必烈无力改变这一切，只能目睹心仪的女孩逝去，陷入深深的痛苦之中。
带伤出征的成吉思汗终究未能支撑下去，在得胜归途中病逝。临终前，他向众人交代了三句遗言，并单独将“着重培养忽必烈成为大汗”的第四句遗言密封，交付给心腹大臣耶律楚材。承受着失去亲人与恋人的双重打击，忽必烈独自在草原上与恶狼展开激烈搏斗。他将内心的愤懑宣泄出来，也逐渐成长为一个兼具勇气与谋略的战士。
忽必烈的事迹传播开来，一次偶然的机会，他结识了云林（察必的好友）。云林误会忽必烈钟情于自己。他独战恶狼的事迹也深深震撼了脱列哥那，使她强烈感觉到这个少年体内蕴藏着巨大的能量。
成吉思汗逝世后，拖雷担任监国。脱列哥那唯恐拖雷不肯交出大权，便又让窝阔台采用以退为进的策略刺激拖雷，令其主动将权力移交给窝阔台。草原上以美貌闻名的女孩察必也正为此烦恼。她决心要嫁给草原上顶天立地的英雄，因而屡次拒绝父母安排的婚事。终于，拖雷向察必家提亲。察必经常从好友云林那里听闻忽必烈的种种事迹，于是决定亲自去验证忽必烈是否名实相符。
与此同时，库里台大会召开，草原上叱咤风云的英雄豪杰齐聚一堂，依据成吉思汗的遗言，推举窝阔台为大汗。在窝阔台登基的重大时刻，忽必烈却独自在帐篷外拉奏马头琴——他依然沉浸在失去祖父与恋人的悲痛之中。察必独自骑马到来，她看到了忽必烈刚毅外表下柔情的一面，心生爱慕，认定忽必烈便是自己所要嫁之人。
云林听闻忽必烈即将与察必成婚的消息，认为是察必横刀夺爱，忽必烈见异思迁，心中埋下了报复的种子。脱列哥那看出云林的心思，主动对其进行拉拢。由于忽必烈缺席窝阔台的登基大典，脱列哥那抓住机会向拖雷问责。忽必烈认识到感情用事的后果只会给亲人带来麻烦。而拖雷与窝阔台之间的关系进一步恶化。
窝阔台登基之后，身体日渐虚弱。一直视拖雷为心腹大患的脱列哥那设计让拖雷饮下慢性毒药。中毒的拖雷卧床不起，耶律楚材与脱列哥那派来谋害拖雷的医生展开较量。最终，察必千里寻药却迟了一步，拖雷去世。拖雷之死，反而成为窝阔台内心愧疚的根源，令他的病情日益沉重。拖雷临终前希望看到忽必烈与察必结为夫妻，察必便带着她的奴仆回回人阿合马一同来到了忽必烈身边。
拖雷一死，以蒙哥为首的众兄弟意欲起兵造反。而脱列哥那早已设下圈套，只等蒙哥等人造反，便能将拖雷一系斩草除根——她早已联络好各个汗国首领，意图逼迫拖雷系的军队造反，从而获得将其铲除的理由。紧急关头，冷静的忽必烈与聪慧的母亲帖尼安抚住众人的情绪，提出此时应当顺势离开脱列哥那的势力范围，韬光养晦，积蓄实力。
脱列哥那见忽必烈等众兄弟没有中计，便企图以各种借口剥夺他们的兵权。蒙哥等长期带兵征战的将领无法接受，又欲起兵。帖尼和忽必烈再次劝阻了众人。忽必烈富有远见地提出，反而要将精兵交给脱列哥那，因为此举是利用敌人的粮草来供养自己的军队。蒙哥虽然同意了忽必烈的意见，但心中已然留下芥蒂。
此时，帖尼借拖雷之死为理由，向内心愧疚的窝阔台索要了一小块土地。在这片土地上，她推行了自己认为可以治理国家的汉法。此后，脱列哥那将忽必烈等人贬至边疆，忽必烈离开了自己成长的家园。临行前，脱列哥那借机将云林安插在忽必烈身边。
野心日益膨胀的脱列哥那，在窝阔台重病期间尝到了权力的滋味，她再也等不及窝阔台自然死亡，便下毒手害死了窝阔台大汗，自己担任起监国。她不断向自己的儿子贵由许诺未来，精明的贵由看出了母亲企图独揽大权的意图，母子关系变得微妙起来。
被贬至边疆的忽必烈听取了察必和母亲帖尼的建议，收敛锋芒，广泛招揽贤能之士，积聚力量。在此期间，刘秉忠、郝经、姚枢等一大批日后为忽必烈立下卓著功勋的谋臣，都聚集到了忽必烈身边。
担任监国的脱列哥那则恰恰相反，她任人唯亲，排挤有才能的大臣与武将，重用一些善于阿谀奉承的小人。一时间，汗廷上下暗潮汹涌，批评之声日益高涨。
掌握大权的脱列哥那仍然无法放下忽必烈这块心病，企图先将对忽必烈帮助极大的帖尼除去，想出了让自己儿子贵由迎娶帖尼的毒计。这个消息令所有人不知所措。而成吉思汗的心腹大臣、智者耶律楚材在生命即将走到尽头之际，留下了破解此计的方法，帮助帖尼渡过难关。
脱列哥那的所作所为令她的儿子贵由无法容忍，最终发动逼宫，迫使脱列哥那结束了其荒唐的监国生涯。在推举新任大汗之际，忽必烈选择了贵由，而没有推举自己的兄长蒙哥。蒙哥十分生气，质问忽必烈。忽必烈指出，他们与贵由的实力尚存差距，如果此时蒙哥成为大汗，在兵力和道义上都将陷入被动，极有可能面临四面楚歌的境地。蒙哥虽然接受了忽必烈的说法，但内心对忽必烈极为不满。
贵由成为大汗之后，肃清了脱列哥那提拔上来的众多无能之辈，稳定了蒙古的局势。不久，脱列哥那病倒。另一方面，忽必烈学习汉法，以汉法治理汉地，将自己管辖的一片贫瘠之地治理得繁荣兴旺。此时，将野心隐藏得很好的李璮也成为忽必烈麾下的一员。
在此过程中，云林一边将忽必烈的消息传递给脱列哥那，一边破坏忽必烈与察必的感情，并且设计谋害怀孕的察必，察必幸免于难。脱列哥那得知忽必烈实力大增，担心自己死后贵由无力对付拖雷一系，便命令云林害死忽必烈。最终，云林在紧要关头放弃行动，救了忽必烈一命。云林也因此被脱列哥那杀害，最终死在忽必烈怀中。忽必烈一怒之下处死了凶手。脱列哥那含恨而终。
贵由早已与钦察汗国的长子拔都产生冲突。忽必烈预料到贵由上台后一定会对拔都采取手段，便秘密会见了拔都。拔都显然未将贵由放在眼里，忽必烈对此感到无奈。果然，在贵由即位的第二年，他借口养病，带领充足人马西征讨伐拔都。忽必烈得知消息，立即派人送给拔都密函。拔都听后大怒，便派其弟昔班前去侦查情况。结果昔班在一怒之下，与贵由双双倒下。为了稳定政局，贵由大汗的死讯被忽必烈隐瞒，对外宣称他在养病期间病故。
贵由死后，拔都以最高长子之权，推选蒙哥为新任大汗。蒙哥成为大汗之后，委任忽必烈以重任。经过多年韬光养晦的忽必烈，终于获得了施展抱负的机会，开府于金莲川。
忽必烈在军营中见到几名蒙古士兵正在欺负一个十几岁的汉人男孩，男孩却将他们一一打倒。忽必烈见他略通武艺，便收留他照料自己的战马。察必目光长远，提醒忽必烈不能一味招揽文臣谋士，也应该多招揽一些武将。忽必烈听从察必的建议，得到了西域大将哈古朗等人。哈古朗的女儿库撒儿也跟随父亲来到金莲川。她性情如野马般不羁，武功高强，在一次当地大型摔跤比赛中展露锋芒，却输给了忽必烈。察必决心将库撒儿争取过来，给忽必烈做妻子，忽必烈却认为她过于粗野。姑娘库撒儿得知打败自己的就是鼎鼎大名的忽必烈，顿时爱上了他，并主动追求忽必烈。
忽必烈的迅速崛起，大大出乎蒙哥的预料。蒙哥身边不少大臣都劝谏蒙哥对忽必烈应当有所保留，蒙哥自己对忽必烈亦暗生嫌隙。察必提醒忽必烈不要忘乎所以，有些被顺境冲昏头脑的忽必烈顿时警醒，意识到自己也犯了与父亲相同的错误。
与此同时，蒙哥针对忽必烈的措施也开始慢慢作用于忽必烈身上。忽必烈深切地感觉到，这样下去自己只会与蒙哥手足相残。忽必烈与察必等人商议对策，但最终，他还是选择了兄弟情谊，决定向蒙哥交出自己所有的兵权。忽必烈独自前往蒙哥处，向自己的兄长承认错误。为了打消蒙哥对自己的疑虑，忽必烈放弃一切，与家人又回到领地金莲川，过上了每日骑马饮酒、看似颓废的生活。而蒙哥见忽必烈如此，相信了忽必烈没有反抗自己的意图。
此间，在察必的暗中帮助下，姑娘库撒儿终于嫁给了忽必烈。蒙哥决定完成先人的遗志——消灭南宋，统一中国。蒙哥召集众人，商讨决议。忽必烈认为此时出兵过于仓促，南方气候与草原气候迥异，多有沼泽瘴气，加之蒙古骑兵不善于山地作战，应当做好充足准备之后再南下攻宋，否则便是以己之短，攻彼之长。然而，在好大喜功的气氛下，忽必烈的建议引起了蒙哥的极大不满。蒙哥身边的将领也对忽必烈泼的冷水不以为然。蒙哥部署东、西、中三路大军南下攻宋，却命令忽必烈留守。
如此大规模的军事行动却没有忽必烈的参与，无奈之余，忽必烈也庆幸自己之前装作毫无斗志，否则此刻定然难逃大劫。蒙哥的大军果然遭遇了南宋的顽强抵抗。尤其是东路大军几乎难以取得进展。军情紧急，忽必烈顾不得许多，主动向焦头烂额的蒙哥请缨，愿意为蒙哥立下战功。蒙哥同意了忽必烈的请求。忽必烈带着察必和姑娘库撒儿奔赴战场。
同时，察必的二子真金显示出聪敏过人的素质，察必看到了忽必烈后代的希望。忽必烈接管了东路军。重新掌握军队的忽必烈制定了针对潮湿山地的作战方法，形势顿时有了转变。然而在一次战役中，姑娘库撒儿不幸流产。忽必烈派人送库撒儿先行返回，不料途中被敌人擒获。忽必烈爱妻心切，救出了库撒儿，却中了敌人的埋伏，自己与一小队人马被困于山间。少年时放生的雄鹰叼来食物，帮助忽必烈渡过难关。姑娘库撒儿却因此终身不能生育。忽必烈认为这都是为了自己，非常内疚，也因此对库撒儿更加体贴，从此之后一直将库撒儿带在身边。
最终，忽必烈率军攻无不克，战无不胜，一时名声传遍中原。蒙哥亲自率领的中路军没有进展。蒙哥的部队饱受南方潮湿气候的折磨，蒙哥自己也感染了瘟疫。弥留之际，他才后悔没有听从弟弟的劝告，还怀疑忽必烈有反叛之心，但事已至此，无可挽回，蒙哥亡故。
在蒙古管理朝政的阿里不哥(吴樾 饰)早就忌惮忽必烈的雄才大略，为此也暗地里招兵买马，为自己能顺利继承汗位做准备。他一得知蒙哥战亡，便下定决心做好杀死忽必烈的准备，下令忽必烈迅速返回大本营。忽必烈因长兄战亡也无心恋战，与南宋议和，亲自率领部队保护大部队撤退。察必看穿了阿里不哥的诡计，她告诉忽必烈阿里不哥已经心怀不轨。忽必烈知道此时返回凶多吉少，身边的谋臣也力劝忽必烈不能回去。但是忽必烈不愿意相信昔日的好弟弟会对自己痛下杀手。做了两手准备后，他带了一百名骑兵返回。
果然，阿里不哥早已派出两千士兵围杀忽必烈。见到弟弟真的对自己下杀手，忽必烈一瞬间悲从中来，但很快清醒过来，意识到与阿里不哥的关系已经无法挽回。忽必烈掉头回撤，将两千追兵引入自己早就设置好的包围圈。歼灭这两千追兵之后，忽必烈索性返回开平，自立为汗。
忽必烈立汗之后，察必专心教育几个儿子，库撒儿也对察必的儿子真金非常疼爱。越是如此，忽必烈就越觉得亏欠库撒儿。察必为了让家族兴旺，为忽必烈找来了另一位妻子乌兰娜仁，为忽必烈生下了更多的儿子。然而库撒儿却认为这都是因为自己不能生育，始终耿耿于怀，对察必产生误会，对乌兰娜仁也百般刁难。忽必烈理解库撒儿，尽量宽容地对待她的行为。
库撒儿深受流产的影响，逐渐对婴孩产生病态的占有欲，几次三番想要加害真金。察必避无可避，最终忽必烈知道了这件事。痛苦的忽必烈想要把库撒儿转移到庙中，从而保证孩子们的安全。但是善良的察必用关爱将库撒儿的神智拉回了正常。
阿里不哥得知忽必烈竟然早于自己称汗，大怒，也在草原称汗。最终，兄弟相争的局面未能避免，草原上升起了两个太阳。这样的结果让忽必烈也很苦恼。大战在即，忽必烈提出要与阿里不哥单独谈话。阿里不哥硬着头皮出列，两人在土丘上回顾了快乐的童年时光，但是残酷的现实摆在面前，两人都必须为了权力，为了自己背后的士兵与人民而战。
在战场上，忽必烈对阿里不哥两次没有赶尽杀绝，反而让自己陷入了苦战。在第二次攻打阿里不哥期间，后方的李璮也叛乱了。忽必烈回头平定李璮之乱，得知心腹汉臣王文统参与其中，随后将王文统和一系列参与的汉臣处死。此时的忽必烈突然对朝政中的汉臣产生了戒备之心。他提拔财政大臣阿合马参政，一方面可以巩固蒙古人在地位上的优势，一方面削弱了汉人的权力。
由于突然发生的李璮叛乱，忽必烈一时没有力量彻底打击阿里不哥。双方打起了消耗战。忽必烈凭借自己的战略眼光，切断了对草原的粮食与物资补给。在忽必烈与阿里不哥的惨烈决战中，库撒儿于危难之时舍身保护忽必烈。倒在忽必烈怀中的一代奇女子，结束了自己的生命。忽必烈打败了阿里不哥，终于成为了草原上的真正霸主。
忽必烈将国号改为元，元朝自此开始。历经多年的武力与智力的角逐，忽必烈终于扫除了当下所有的强敌，完成了南北统一，成为一代帝王。