军队体系
蒙古国时期的军队，主要分成蒙古军和汉军两大类。
蒙古军以草原上的蒙古各部人为主体，按十进制编组成十户、百户、千户，能够动员的士兵大约有10余万人。千户是蒙古军的基本军事组织，由蒙古大汗指定功臣或各部的贵族作为千户长，统率士兵作战。一部分千户分属于蒙古宗王（成吉思汗家族成员）之下，其他千户分编成左、右两翼军，作为蒙古政权的主要军事力量，由大汗任命的左、右翼万户长分掌。在战争中陆续被蒙古统治者招降和掳掠来的哈剌鲁、畏兀儿、唐兀、阿速、钦察、康里、回回、阿儿浑等族人（后来被统称为“色目人”）中的丁壮，也大多“隶蒙古军籍”，被编入蒙古军中。
蒙古军平时分布在草原上驻牧，战时临时召集。随着战争的发展，蒙古统治者需要一支蒙古军队长期留守中原、西域等地区，于是从蒙古各千户中“签发”出部分士兵，组成专用于军事镇戍的探马赤军。由于蒙古人大多不愿意远离草原，长期在生活环境不适应的地区作战和镇戍，所以在选调探马赤军时，各千户往往以隶属于蒙古军籍或沦为私属人口的外族人充任，造成了探马赤军复杂的民族成分。探马赤军被派出去镇戍后，仍与蒙古各千户保持着密切关系，属于蒙古军系统。
为了有效地控制刚刚统一起来的蒙古各部和确保蒙古汗廷的安全，成吉思汗从蒙古各千户中抽调了1万名精锐士兵，作为大汗的常备护卫军，蒙古语称为kesig，汉文音译为“怯薛”。怯薛的士兵分编成宿卫千户、箭筒士千户和散班八千户，平时轮班（分为四班，每班三昼夜）护卫大汗营帐，在战争中则是全军的中坚力量，被蒙古人称为“也客豁勒”（大中军）。
汉军是蒙古统治者进入中原后招集原金朝统治下的汉族及各族人编成的军队，主要来自以下几个渠道：（1）金朝末年出现在中原各地“守土自保”的地方武装，陆续在首脑人物率领下投附蒙古政权；（2）蒙、金战争中投降蒙古政权的各种军队，如中都（今北京市）的虬军、北京（今辽宁宁城县西）的契丹军等等；（3）自窝阔哈汗朝（1229—1241）时起，蒙古统治者在中原汉人民户中签发的士兵，数量在10万人以上；此外，汉军中还有一部分降附于蒙古的南宋军队。到蒙古国后期，汉军的总数大约在30万人左右，大大多于蒙古军的数量。
汉军的编制最初比较混乱，到窝阔台汗时，逐步统一起来，按照蒙古的组织制度，编成万户和千户。各汉军万户的统军人数不等（蒙古千户也是如此），“大者五、六万，小者不下二、三万”。汉军的万户长也由蒙古大汗指定。
成吉思汗时采用“攻城以抱石为先”的建议，开始招集工匠制造和使用石包具，以后在蒙古军和汉军中都有石包手、工匠，当时称为“石包手军”。金朝灭亡后，部分水军归蒙古政权所有，分编在汉军中。当时水军的人数较少，只能应付在江河中行舟运送军队和粮饷，没有能力进行水战消灭敌方水军。
军事指挥系统
成吉思汗建国之后，确定了蒙古军的指挥系统。蒙古军队“自十而百，百而千，千而万，各有长”。十夫长称为“牌子头”，蒙古语作“阿儿班那颜”（“那颜”，意为“官人”）；百户长称为“札温那颜”；千户长称为“敏罕那颜”；万户长称为“土绵那颜”。有时还设五十户长，称为“塔宾那颜”。蒙古大汗亲征，宗王、万户长、千户长等听从大汗的直接指挥。分军行动，则由大汗指定一名蒙古宗王或万户长、千户长作为军队的最高指挥官。受命指挥军队作战的人有权节制其他参战的军官。
成吉思汗西征时，授命左翼蒙古军万户长统管中原汉军，但部分汉军实际上听命于东道蒙古宗王（成吉思汗诸弟）。窝阔台统一汉军编制后，汉军万户长下设千户长、百户长和牌子头，由汉军将领充任；汉军万户长之上设立统军都元帅，由探马赤军将领担任。都元帅由蒙古大汗指定，指挥探马赤军和汉军作战、镇戍。蒙古大军出征，都元帅要接受大汗指定的蒙古宗王、万户长、千户长等前线指挥官的调遣。
军队管理体制
蒙古建国之后，军队组织迅速扩大。如何管理众多的士兵及其家属，保证军队的兵器、粮饷需求，是蒙古统治者面临的重大问题。为解决这些问题，成吉思汗、窝阔台、蒙哥等制定了一系列制度。
兵役制度
蒙古各部的成年男子（15岁至70岁），不分贵贱，也不管家中人口多少，都有服兵役的义务。他们平时从事牧业生产和其他工作，一旦战争发生，就要根据蒙古政权的需要，或则“空营帐而出”，举国皆兵；或则抽调其中一部分人出征，被抽调出征人的奴仆也要随军出征。15岁以下的少年有时也要从军，以使他们早日熟悉军旅生活，蒙古人称之为“怯困都军”（意为“渐长成丁军”）。这种成年男子皆兵的兵役制度，是由蒙古人的游牧生活方式决定的，在游牧民和战士之间，并没有严格的界限，“上马则备战斗，下马则屯聚牧养”，是很多游牧民族共同的兵役制度。
汉人的兵役制度不同于蒙古人，实行专门指定一部分人户出军的征兵制度。蒙古统治者在中原汉人民户中签发士兵的同时，即着手定立汉军军籍。凡列名军籍的人户，就要世代服兵役，不能任意改变。
自备武器装备
蒙古国时期，蒙古军、汉军士兵的武器装备都要自己筹备。波斯史家志费尼关于蒙古政权属下军队的军需装备情况有如下记载：“无论何时，只要抗敌和平叛的任务一下来，他们便征发需用的种种东西，从十八般武器一直到旗帜、针钉、绳索、马匹和驴驼。人人必须按所属的十户或百户供应摊派给他的那一份”。出征以前，要集合军队检查军需装备，如有不足或武器破损等情况，管军官长要受到惩罚。随着战争规模的不断扩大，仅靠士兵自备鞍马器仗应付不了战争的需求，蒙古汗廷则招收一批工匠，制造石包具、弓矢和盔甲，同时在战争中尽可能掳掠敌方马匹和军需物资，补充己方的物资不足。各降附国和蒙古政权属下的汉军将领定期输送的军需物资，也是武器装备的重要来源。由汗廷筹集的军需装备和粮草，往往作为出征全军的军需储备，以供不时之需。
奥鲁制度
为了保证军队出征时的食宿供应和管理留守军人家属，蒙古统治者专门设有一种称为“奥鲁”的组织。奥鲁是蒙古语Auruq的音译，原义为“老小营”、“营盘”，既指军人家属，又指管理军人家属的成员。蒙古军（包括探马赤军）出征时，都在统兵官下设置奥鲁官，管理随军出征的军人家属。汉军万户下后来也设置了奥鲁官，管理军人家属，为出征军队准备武器粮草。
军事训练
为了保证军队的战斗力，蒙古统治者采用大围猎的方式来训练军队。成吉思汗非常重视围猎的作用，他认为“行猎是军队将官的正当职司”，通过围猎可以锻练士兵熟悉弓马和吃苦耐劳的能力。不出征的秋冬季，往往由大汗亲自组织军队进行大围猎。大围猎的程序和战争程序完全一致，从传令、聚兵、列阵到合围、清点猎获品、论功行赏等，“每个细节都是吻合的”。对蒙古幼儿的骑射技术，也有一套传授培养办法。
军事法令
成吉思汗建立蒙古国后，为了巩固统治秩序，颁布了许多法令。这些法令，在蒙古语中称为“札撒”，札撒中关于军事的内容不少，既有万户长、千户长、百户长等军官的职责和选用标准，也有战场纪律的规定和军队组织的约束。违反军法的人有三种处置办法，一是马上处死；二是罚作敢死队，以战功抵罪；三是以财产赎罪。军法的规定和实行，起到了保证军队战斗力的作用。