Quân đội truyền Nguyên chiếu theo quan hệ mà phân thành bốn đẳng cấp Mông Cổ quân, Tham mã xích quân, Hán quân và Tân phụ quân. Mông Cổ quân và Tham mã xích quan chủ yếu là kỵ binh. Hán quân và Tân phụ quân đại đa số là bộ quân, và cũng có một bộ phận là kỵ binh. Thủy quân sắp xếp thành Thủy quân vạn hộ phủ, hay thủy quân thiên hộ sở. Pháo quân do pháo thủ và thợ chế pháo tạo thành, sắp xếp thành Pháo thủ vạn hộ phủ, pháo thủ thiên hộ sở, đặt pháo thủ tổng quản.[35]。

Mông Cổ quân là cốt cán trong quân đội triều Nguyên, chủ yếu là người Mông Cổ hợp thành. Mông Cổ quân được sáng lập ngay từ thời Thành Cát Tư Hãn thống nhất Mông Cổ, thời bình chăn nuôi trên thảo nguyên, thời chiến tạm thời tập hợp. Sử dụng vạn hộ chế (Tumen) binh dân hợp nhất, theo cơ số 10 sắp xếp thành thập hộ, bách hộ, thiên hộ. Người trong độ tuổi từ 15 tuổi đến 70 tuổi đều phục vụ binh dịch, trước độ tuổi đó đã hợp thành "tiệm đinh quân". Thời kỳ triều Nguyên, trong quân hộ tại Hán địa và Giang Nam ban hành chế độ đinh nam ứng dịch. Tham mã xích quân còn có tên là Thiêm quân, cùng với phát triển của chiến tranh, người thống trị cần một bộ phận quân đội Mông Cổ trấn thủ trường kỳ tại khu vực chinh phục được, do vậy trưng dụng bộ phận sĩ binh từ trong các bộ tộc Mông Cổ, hợp thành Tham mã xích quân chuyên sử dụng vào việc đồn trú phòng thủ. Từ khi kiến lập vào năm 1217 khi Mộc Hoa Lê thảo phạt Kim, do năm bộ tộc Là Hoằng Cát Lạt, Ngột Lỗ Ngột, Mang Ngột, Trát Lạc Diệc Nhi và Diệc Khất Liệt Tư tổ thành, sau khi tây chinh Khwarezm các dân tộc Hồi, Duy Ngô Nhĩ và Đột Quyết trở thành một bộ phận của Tham mã xích quân. Tham mã xích quân giỏi về hỏa pháo và Hồi Hồi pháo (máy bắn đá) phương tây, có sức công thành mạnh. "Xuống ngựa liền tụ tập chăn thả, lên ngựa liền chuẩn bị chiến tranh".[36]」[35][37]。

Sau khi chiếm lĩnh Hán địa, Mông Cổ lấy dân làm binh, tức Hán binh, chủ yếu hợp thành từ hàng quân Nữ Chân và Khiết Đan của Kim, binh sĩ Nam Tống đầu hàng Mông Cổ thời kỳ đầu, thế lực vũ trang người Hán địa phương và bách tính Hán địa được trưng dụng. Oa Khoát Đài Hãn vào năm 1229 thu nạp và cải biên hàng quân Nữ Chân và Khiết Đan của Kim[38], trưng dụng sĩ binh quy mô lớn trong dân hộ tại Hán địa, bổ sung số lượng binh sĩ cho Hán quân, đem tổ chức và danh xưng chức vụ trong Mông Cổ quân áp dụng cho hệ thống Hán quân. Các vạn hộ của Hán quân có quân số không giống nhau, "lớn có 5, 6 vạn, nhỏ không dưới 2, 3 vạn". Hán quân có phân biệt "cựu quân" và "tân quân"; cựu quân chủ yếu là hàng quân và thế lực vũ trang địa phương, tân quân chỉ tân binh là bách tính bị trưng dụng tại Hán địa. Sau khi Nguyên Thế Tổ tức vị, trọng tâm thống trị của Nguyên từ thảo nguyện Mạc Bắc chuyển đến Hán địa Trung Nguyên. Nguyên Thế Tổ tiến hành cải cách đối với thể chế quân đội; dần hình thành hai hệ thống lớn là túc vệ quân tại trung ương và trấn thú quân tại địa phương, xác định quan hệ tổ chức và lệ thuộc của quân Nguyên. Trong chiến tranh đối ngoại của Nguyên, Hán quân phát huy vai trò trọng yếu[37]. Tân phụ quân chủ yếu là hàng quân được thu nạp và cải biên trong thời gian chinh phục Nam Tống, còn được gọi là Tân phụ Hán quân, Nam quân. Danh hiệu trong Tân phụ quân phức tạp, triều đình Nguyên dựa vào đặc điểm khác biệt mà đặt danh xưng, như khoán quân, thủ hiệu quân hay diêm quân. Ước tính đương thời Tân phụ quân có trên dưới hai mươi vạn binh sĩ, Hoàng đế đem Tân phụ quân phân đến thị vệ quân và trấn thú quân; hoặc lập mới quân phủ gồm người Mông Cổ, Hán nhân, Nam nhân, quản lĩnh quân nhân của Tân phụ quân. Mỗi khi chiến sự phát sinh, trước tiên điều tân phụ quân trong các quân xuất chinh, thời gian còn lại họ làm đồn điền và công dịch. Do tiêu hao trong chiến tranh kéo dài và yếu tố tự nhiên, số lượng binh sĩ Tân phụ quân ngày càng giảm thiếu, cuối cùng sa sút[35].

Phòng vệ của triều Nguyên phân thành hai hệ thống lớn là Túc vệ và trấn thú. Túc vệ quân do khiếp tiết và thị vệ thân quân cấu thành, trong đó khiếp tiết quân duy trì chế độ 'tứ khiếp tiết phiên trục túc vệ' từ thời Thành Cát Tư Hãn, số lượng thường trên vạn người, công thần triều Nguyên là Bác Nhĩ Hốt, Bác Nhĩ Thuật, Mộc Hoa Lê, Xích Lão Ôn hoặc hậu nhân của họ kiêm nhiệm khiếp tiết trưởng. Trong chiến tranh, khiếp thiết là lực lượng cơ sở của toàn quân, được gọi là "dã khách hoát lặc" (đại trung quân); thị vệ thân quân dùng vào việc bảo vệ Đại Đô, 'vệ' đặt đô chỉ huy sứ hoặc soái sứ, lệ thuộc Xu mật viện[37]. Trấn thú quân gồm Mông Cổ quân và Tham mã xích quân trấn thủ khu vực trọng yếu gần kinh kỳ, Mông Cổ quân và Tham mã xích quân tại Hoa Bắc, Thiểm Tây, Tứ Xuyên do đô vạn hộ phủ (đô nguyên soái phủ) tại địa phương thống lĩnh, lệ thuộc Xu mật viện. Tại phương nam, Mông Cổ quân, Hán quân, Tân phụ quân cùng trú thủ, trọng điểm phòng ngự là khu vực Giang-Hoài, lệ thuộc các hành tỉnh. Các lực lượng trấn thú khi khẩn cấp thì do Xu mật viện thống lĩnh, thời bình thì hành tỉnh quản lý sự vụ thường ngày, song quân vụ trọng yếu như điều khiển canh phòng do Xu mật viện quyết định[35].

Thủy quân triều Nguyên khởi đầu khi chuẩn bị chiến tranh diệt Tống, cụ thể vào năm 1270 Mông Cổ mệnh Lưu Chỉnh gây dựng thủy quân quy mô lớn. Trong trận Tương Phàn, thủy quân và lục quân Nguyên hiệp đồng bao vây Tương Dương. Sau khi Nguyên chiếm thành, hàng tướng Lã Văn Hoán lãnh đạo thủy quân cùng lục quân theo bờ sông hiệp đồng trong trận Đinh Gia Châu, đánh tan thủy quân tinh nhuệ của Nam Tống. Sau đó, Trương Hoằng Phạm đem thủy quân Nguyên vượt biển về phía nam truy kích hải quân Nam Tống, cuối cùng tiêu diệt trong Hải chiến Nhai Sơn. Do vậy, thủy quân Nguyên trong chiến tranh diệt Tống có chức năng trọng yếu. Triều Nguyên dung hợp kỹ thuật hàng hải của Nam Tống và Ả Rập, khiến kỹ thuật hải quân thêm thành thục. Tuy nhiên trong đối ngoại, Chiến tranh Nguyên-Nhật và Chiến tranh Nguyên-Java kết thúc với thất bại của Nguyên, chỉ thắng lợi trong chiến tranh với Chiêm Thành[35].

• Lãnh thổ Đại Việt (An Nam) nằm tại miền bắc Việt Nam ngày nay, từ thời Ngũ Đại-Bắc Tống đã độc lập với Trung Hoa. Mông Kha Hãn vào năm 1257 phái Ngột Lương Hợp Thai tiến công Đại Việt (thời Trần), Chiến tranh Mông-Việt bùng phát. Sau khi kết thúc giao tranh, quân Mông Cổ thua lui về Vân Nam, nhưng Trần Thái Tông xưng thần trên danh nghĩa với Mông Cổ, được Mông Kha Hãn phong làm An Nam quốc vương. Tuy nhiên, Mông Cổ vẫn chưa bỏ mộng chinh phạt Đại Việt, họ tiếp tục đưa ra nhiều yêu sách đòi Trần Thái Tông và con là Trần Thánh Tông phải kê khai dân số, gửi quân chi viện, chịu sự giám sát của quan darugachi, đích thân sang chầu,... những điều khoản này phần này nhiều bị các vua Trần từ chối. Tình hình càng căng thẳng hơn sau khi Trần Thánh Tông nhường ngôi cho Trần Nhân Tông năm 1278. Năm 1284, Nguyên Thế Tổ phái Trấn Nam vương Thoát Hoan, A Lý Hải Nha và Toa Đô suất quân mượn đường Đại Việt tiến công Chiêm Thành, song Trần Thánh Tông, Trần Nhân Tông phản kháng nên hai bên bùng phát chiến tranh. Quân Nguyên xâm nhập Đại Việt với quy mô lớn, đánh chiếm được kinh đô Thăng Long. Tuy nhiên, hai vua Trần và các tướng tôn thất tài ba như Trần Quang Khải, Trần Hưng Đạo suất lĩnh quân Việt tích cực kháng cự, lại thêm quân Nguyên mắc phải ôn dịch. Cuối cùng, quân Nguyên triệt thoái vào năm 1285, trên đường bị quân Việt tập kích, tổn thất quá bán. Năm 1288, triều đình Nguyên lại tiến hành nam chinh song vẫn thất bại, sau đó Trần Nhân Tông thỉnh hòa. Cuộc chiến tranh kéo dài này đến thời Nguyên Thành Tông mới ngưng, An Nam và Chiêm Thành về sau duy trì triều cống triều đình Nguyên. Đương thời, có nhiều quốc đảo tại Đông Nam Á triều cống cho triều đình Nguyên, hữu danh có Mã Lan Đan (nay là Malacca), Tô Mộc Đô Lạp (nay là Sumatra). Năm 1292, Nguyên Thế Tổ mệnh Diệc Hắc Mê Thất, Sử Bật và Cao Hưng đem thủy quân Phúc Kiến nam chinh Vương quốc Majapahit trên đảo Java, đồng thời làm khuất phục nước lân cận của Majapahit là Cát Lang, song trúng kế bị đột kích, chiến bại trở về, song sau đó Majapahit vẫn phái sứ giả đến triều cống[29]. Ngoài ra, Nguyên Thế Tổ còn phái sứ giả chiêu hàng Lưu Cầu Quốc (nay là Đài Loan hoặc Ryukyu), song sứ giả chỉ đến Bành Hồ rồi về[25].