元朝时期成吉思汗完成对天山南北的政治统一。[10] 十三世纪初成吉思汗西征下的新疆[21]

，成吉思汗率军进入新疆后，击败了西辽，统一了西域地区。把他征服的地方分封给其子孙。[5] 西域大部分地区为成吉思汗次子察合台的封地即察合台汗国。另外元朝在今伊犁河流域曾设置阿里麻里（阿力麻里）行省，但不久就并入察合台汗国。又在阿姆河南岸曾设立行省，后并入伊利汗国。今乌鲁木齐一带曾设置别失八里行省，后一度被察合台汗国占据，后期重新成为元朝的辖地。[19]

回鹘人进一步同化、融合了部分契丹人、蒙古人。[5] 1271年忽必烈建立了元朝，西域统归元朝政府管理。[2]

蒙古汗最初设立“达鲁花赤”（蒙古官名，意为镇守官）、“别失八里等处行尚书省”等军政管理机构，对西域进行军政管辖。元朝建立后，在发展西域各地社会经济的同时，在吐鲁番地区设立提刑按察司，以后，又在吐鲁番等地建立交钞提举司（印钞机构）和交钞库等机构，设置“别失八里元帅府”以总管派往该地的“新附兵”（元朝以俘降的南宋士卒组成的军队）屯垦事务，派兵到和阗、且末等地屯田，在别失八里设立冶场“鼓铸农具”。在畏兀儿（元朝称回鹘为“畏兀儿”）地区实行“计亩输税”。[