公元1301年，元成宗遣使赴马合答束征取狮豹等物，同时还遣使臣4起，计35名，前往刁吉儿取豹子等希奇之物。元人汪大渊随商船出海游历，也到达了非洲的层拔罗（坦桑尼亚桑给巴尔）等国。元代与非洲各国的交往，也见于当时非洲人的记载。据伊本·拔图塔说，当时有摩洛哥人寓居中国，经商致富；大量精美的中国瓷器运销海外，转销到摩洛哥。
公元1241年里格尼茨战役后，欧洲各国对蒙古势力的强盛始感到震惊。1245年，教皇英诺森四世在里昂召集宗教大会商讨对策，又先遣使者赴蒙古议和，并侦察蒙古情况及其意图。教士普兰诺·卡尔平尼等奉命出使，于1246年7月抵和林附近之昔剌斡耳朵。同年，携大汗贵由致教皇诏书返国。1920年在梵蒂冈档案中发现贵由致教皇诏书原件，系用波斯文写成，上钤蒙古畏兀儿字大汗玺。1248年，法国国王圣路易驻塞浦路斯岛，有蒙古统将野里知吉带遣使往见，言贵由大汗愿保护基督教徒，圣路易即遣教士安得烈出使蒙古，至叶密立，受到摄政皇后斡兀立海迷失的接见。1253年，圣路易复遣教士卢布鲁克往见拔都，请许在蒙古境内传教；拔都命他入朝进见大汗蒙哥。卢布鲁克至和林南汪吉河行宫谒见蒙哥，次年携蒙哥致法王信返回，将所见所闻的蒙古军事、政治、民情风俗等情况向法王作了详细报告。随着东西交通的通畅和欧洲人对东方的了解，欧洲商人、使臣、教士东来者渐多。1260年前后，威尼斯商人尼哥罗兄弟至萨莱、不花剌等地经商，后随旭烈兀所遣入朝大汗使者到达上都。忽必烈向他们询问了欧洲情况，并派他们出使罗马教廷。1271年，尼哥罗携其子马可·波罗回元朝复命，1275年到达上都。从此，马可·波罗居中国17年，游历了很多地方，于1291年随护送伊利汗妃的使者由海道回国。其所着游记对后代欧洲人了解中国影响极大。1287年，伊利汗阿鲁浑遣大都人、基督教聂思脱里派教士列班·扫马出使欧洲各国，访问了罗马、巴黎等地，会见了法国国王腓力四世、英王爱德华一世和教皇尼古拉四世。中国人历访欧洲诸国，这是有史以来第一次。扫马出使后，教皇益信蒙古诸汗尊奉基督教，遂于1289年遣教士孟特戈维诺往东方传教，1294年到达大都后即留居，直到1328年去世。教皇因其传教有成绩，任命他为大都大主教，并多次派教士来元朝。1313年到达大都的教士安德烈，被派到泉州当主教，死后葬泉州，其墓碑尚存。1316年，又有意大利教士鄂多立克来东方旅行，1321年由海路至广州，经泉州、福州、杭州、建康、扬州等地，到达大都，留居三年，复往中国西部旅行，然后回国。其所着旅行记流传甚广。根据这些来元教士的记载，当时在大都、扬州、杭州、泉州等地，都住有欧洲商人和教士，并兴建了教堂。1336年，元顺帝遣使教廷，阿速将官知枢密院事福定等亦附使者上书教皇，请派新大主教来大都接替已故大主教孟特戈维诺主持教务。1338年，元使者抵法国阿维尼翁（教皇驻地），随后游历欧洲各国。教皇遣马黎诺里等随元使来中国，向元顺帝进献一匹骏马，被称为“天马”。“拂朗国进天马”传为元代中外关系的佳话。
忽必烈战胜阿里不哥后，钦察汗国别儿哥汗表示承认他的大汗地位。后因受海都阻隔，双方政治关系一度疏远。忽必烈曾多次遣铁连出使钦察汗国，约共图海都，但没有得到积极响应。至大德七年（1303年），察合台后王笃哇、海都子察八儿与元成宗铁穆耳约和，钦察汗国与元朝的关系始恢复正常。早在窝阔台时，即置驿道通于拔都营帐，其后由斡罗思和钦察草原通往东方的交通日益发达。西方使节、商人东来者，多取此道。经过也的里河下游的钦察汗国都城萨莱，至阿母河下游玉龙杰赤；复经河中地区的不花剌、撒麻耳干等城，至阿力麻里；自此北取金山南驿路至岭北行省首府和林，接岭北通中原的驿路；东由哈密力（今新疆哈密）路通往中原。据当时欧洲商人、教士和阿拉伯旅行家说，走这条道路虽艰难，但很安全。萨莱成为沟通东西的国际性都市，输入中国产品极多。不少中国工匠被迁至钦察汗国，从事铸造铜镜等行业，而钦察、阿速、斡罗思等族将卒、工匠人等入居元朝的为数更多。钦察军、阿速军是元朝军队的重要部分，宿卫军中的隆镇卫和右、左钦察卫以及右、左阿速卫等即由二族军士组成。钦察贵族至成为元朝手握重兵、左右朝政的权臣。元文宗图帖睦尔时收聚境内斡罗思人一万为军，置宣忠扈卫亲军都万户府以总之，于大都附近给田一百顷屯种。大批斡罗思人移居中国，为历史上前所未有。
伊利汗国和元朝统治者同属拖雷后裔，关系较其他汗国尤为密切。在元朝与察合台、窝阔台两系后王的斗争中，伊利汗总是站在元朝方面，双方使臣往来十分频繁。忽必烈大举征宋时，遣使征炮匠于伊利汗国，阿八哈汗应命派回回炮手东来，把回回炮技术传入中国。至元二十年（1283年），元世祖忽必烈遣孛罗丞相出使伊利汗国，后留居波斯，参议政事。元代，伊利汗国境内波斯、阿拉伯各族人入元做官、经商、行医和从事手工业者甚多，汉族官员、文人、工匠留居伊利汗国者亦为数不少，双方来往如同一家，经济、文化交流达到空前规模。通过伊利汗国境的传统丝绸之路和从波斯湾到泉州、广州的海路都十分活跃。
元朝中西交通发达，促进了中国与各国的经济文化交流。中国印刷术、火药武器制造技术等重大科学发明，都在这一时期西传。波斯、阿拉伯素称发达的天文、医学等成就，也大量被介绍到中国。旭烈兀西征时，曾带去许多中国炮手、天文家、医生等，后来多留居波斯，波斯着名天文家纳速剌丁·徒昔奉命建蔑剌合天文台，编纂天文表，均有中国学者参加工作，徒昔向他们学习了中国天文推步之术。伊利汗亦邻真朵儿只（海合都）为填补国库空虚，欲仿元朝发行纸币，即请孛罗丞相指教钞法及其行用制度，与元朝全同，虽行用不久，但影响颇大，至今波斯语尚称纸币为“钞”。合赞汗时，整顿驿站制度，颁发乘驿圆牌，其法亦仿自元朝。拉施都丁奉合赞之命编纂《史集》，得到寓居波斯的中国学者相助，尤以熟悉元朝典故的孛罗丞相对他的帮助最大，因此能利用中国史料。拉施都丁还主编了一部《伊利汗的中国科学宝藏》，介绍中国历代医学成就。元朝时入居中国的西域各国人极多。他们散居各地，被统称为色目人，享有许多特权，或仕至大官，或为富商大贾，擅水陆之利，其中不少人对中国科学文化的发展作出了贡献。叙利亚人爱薛精通星历、医药之学，贵由在位时来蒙古，后入忽必烈藩府，忽必烈即位后，命掌西域星历、医药二司事。大都、上都各设有回回药物院，配制御用药物。回回医生除服务于宫廷、京师者外，还有不少散在各地行医，很受民间欢迎。各种西域药物、医法输入中国，丰富了中国的医学宝库。早在成吉思汗时，波斯、阿拉伯历法就被介绍到中国。忽必烈居藩时，征召回回星历学者，波斯人札马鲁丁应召东来，后主西域星历司，至元四年（1267年）撰进《万年历》，并制造了一套西域仪象，包括浑仪、天球仪、地球仪等七种。后立回回司天台，即以札马鲁丁为提点，吸收了不少西域天文学者在其中工作。波斯、阿拉伯天文历法、数学、医学、史地等各类书籍于元时大量传入中国，仅秘书监所存者即达百余部，其中包括兀忽里底（欧几里德）几何学着作。现存明初刻本《回回药方》，即元人所译阿拉伯医书。阿拉伯学者赡思精通汉文，曾参与编纂《经世大典》，所着《西国图经》、《西域异人录》等书，当系译介阿拉伯史地着作，惜今不存。窝阔台曾令木速蛮工匠在和林北一日程的春季驻地建迦坚茶寒殿。忽必烈时，又有阿拉伯建筑家也黑迭儿参加了大都皇城和宫苑的建设。自成吉思汗西征以来，大批西域工匠被俘东迁，后散居漠北、中原各地，立局造作，有织造金锦的纳失失局以及金玉等匠局。由于东西贸易兴旺，输入中国的西域玉石、纺织品、食品以及珍禽异兽源源不断，满足了元朝宫廷、贵族、官僚、富豪的奢侈生活需要。元人忽思慧所撰《饮膳政要》，载有多种回回食物及烹调方法，马思答吉汤（肉汤）、舍儿别（果汁）等均为元宫廷、贵族所喜爱。
元末的农民起义
元末阶级矛盾和民族矛盾的极端尖锐化，终于导致了元末农民起义，为朱元璋最后推翻元朝创造了条件。
至正五年（1344年）五月，黄河暴溢决堤。黄河中下游两边先遇水灾，又遭旱灾、瘟疫，百姓死者过半。黄河决堤后，冲坏山东盐场，造成盐税大减，严重影响元朝政府的国库收入。元惠宗妥懽帖睦尔命贾鲁为工部尚书、总管治河防堤，强迫汴梁、大名等13路15万民工及庐州等18翼2万军队，开凿280里新河道，使黄河东流顺畅，时紧工迫，官吏乘机舞弊，人民痛苦更深。后元惠宗妥懽帖睦尔又决定变更钞法，滥发纸币，造成物价飞腾。“开河”和“变钞”促使元末社会矛盾进一步激化。
贾鲁开河后，北方白莲教首领韩山童及其教友刘福通等决定抓住这一时机，发动农民武装起义。他们一面加紧宣传“弥勒下生”、“明王出世”，一面又散布民谣“石人一只眼，挑动黄河天下反”，并暗地里凿了一个独眼石人，埋在即将挖掘的黄陵岗附近河道上。独眼石人被挖出后，河工们惊诧不已，消息传出，大河南北，人心浮动。