蒙元时代是指成吉思汗1206年建立大蒙古国至北元末代可汗额哲1635年投降后金的429年历史时期。
　　成吉思汗对蒙古高原的统一，是具有世界意义的历史事件，不仅标志着统一的蒙古民族的形成，而随之发生的一系列历史，对世界历史的未来发展也产生了无法替代的影响。统一的蒙古政权将长期压迫、欺凌蒙古民族的金朝作为复仇和征服的第一目标。于是，位于蒙古草原腹地和金朝政治中心——金中都（今北京）中间地带的阴山两麓——敕勒川区域成为双方争夺的重要战略地区。
　　金朝建立后，为了抵御正在崛起的蒙古诸部，从金太宗天会（公元1123年）年间开始，至金章宗承安三年（公元1198年）修建类似于长城的防御工事，东北起自今莫力达瓦旗，向西南沿兴安岭经过索伦、突泉，再沿阴山西延至黄河后套，全长约三千里，史称金界壕。其中锡林郭勒至阴山区段界壕由汪古部守卫。
　　有关汪古部的族源，学术界有多种观点，有突厥说、回纥说、党项说、沙陀说，也有人认为属于原蒙古人的一支“白达达”，但从敕勒川地区的发展历史看，我们认为汪古部显然应该是多民族的混合体。   
　　1207年，成吉思汗通过“政治联姻”的方式，将公主阿剌合别乞下嫁汪古部首领阿剌忽失的吉惕忽里，双方相约“世婚世友”，汪古部以联盟的名义归附大蒙古国，这一结果使金朝的北疆失去了屏障。1211年，成吉思汗子术赤等率军进驻净州（治所在今四子王旗卜子村）、丰州（治所在今呼和浩特市东郊白塔村西南）、云内州（治所在今托克托县东北）、东胜州（治所在今托克托县城关镇）和大同府宣宁县（治所在今凉城县岱海东北淤泥滩古城）等地区。敕勒川地区成为蒙古军逐鹿中原的桥头堡，1221年，木华黎率军驻青冢（今呼和浩特市南昭君墓），随后由东胜（今托克托县）渡河，经今鄂尔多斯市进攻鄜延路（今陕西省北部地区）。从窝阔台汗时期开始，蒙古政权对这一区域进行政治经济和军事综合管理，1229年，传统委派西域回回人赛点赤赡思丁任丰州、净州、云内州地区达鲁花赤，负责行政管理事务。1231年，大蒙古国第二代可汗窝阔台曾在九十九泉（今乌兰察布市察右后旗灰腾梁）召开“忽里勒台”，确定攻金方略。
　　1276年灭宋之后，元政府将全国划分为十二个大的行政区，设中书省一，行中书省十一。按照元朝的行政制度，行省之下再分路、府、州、县四级，按照《元史·地理志》的记载，大体是“以路领州、领县，而腹里或有以路领府、府领州、州领县者，其府与州又有不隶路而直隶省者”。敕勒川大部分地区隶属中书省，局部地区属陕西行省和甘肃行省管辖。
　　中书省在本区域设有五个路、一个总管府。其中：德宁路，下辖德宁一县。治所在今包头市达尔罕茂明安联合旗北鄂伦苏木古城。辖境约今达尔罕茂明安联合旗、包头市、固阳县；净州路，下辖天山一县，治所在今乌兰察布市四子王旗西北城卜子村，辖境约今四子王旗附近；集宁路，下辖集宁一县。治所在今内蒙古乌兰察布市集宁区东南土城子，辖境约今内蒙古自治区乌兰察布市集宁区和察哈尔右翼前旗东部地；砂井总管府，下辖砂井一县，治所在乌兰察布市四子王旗大庙古城；大同路，管辖八个州，其中丰州、东胜州和云内州在敕勒川域内。丰州，治所在今呼和浩特市东郊白塔村西南，主要管辖今呼和浩特市区一带。东胜州，治所在今托克托城内西北隅（今人俗称“大皇城”），管辖范围大致是今托克托县和准格尔旗东北部区域。云内州，治所在今托克托县古城村东北，管辖范围大致包括今固阳县、包头市区、土默特右旗、土默特左旗广大地区。
　　敕勒川西部和南部区域隶属于甘肃行省和陕西行省管辖。甘肃行省下属的兀剌海路治所在今河套北狼山隘口附近（巴彦淖尔市乌拉特中旗新忽热古城），辖境包括今巴彦淖尔市五原、临河、乌拉特、杭锦后旗、磴口、乌海市、鄂尔多斯市杭锦。陕西行省延安路的管辖北境一直延伸至今鄂尔多斯市鄂托克旗，故今清水河县、伊金霍洛旗、乌审旗、鄂托克旗均属该路管理。
　　元代敕勒川地区成为地接大漠南北、东西连接中亚西亚、欧洲与上都和大都的交通要塞，所以大部分区域直属中央政府——中书省直接管理。元代连接大都-上都-哈喇和林的重要驿路“木怜”道，途经丰州，设有“丰州亦剌真站”。此外还有丰州通往大同路、丰州经东胜州通往延安路的交通干线。除陆路交通外，元政府还打通了黄河航运，上溯可达中兴（银川），下流可抵东胜州（今托克托县城），著名天文学家郭守敬称单程需要四昼夜。1267年，自中兴路至东胜州设水驿10站。中世纪欧洲四大旅行家中的马可·波罗和鄂多立克往来欧亚均途经此地。
　　元代该地区农业、手工业和商业十分繁荣。《马可·波罗游记》中提及：丰州地区的“人民靠商业、农业和手工业劳动维持生活”。史书记载，净州、砂井总管府等地“白达达”（汪古部民众）已有农业生产。1275年，元政府徙归附的南宋“生券军”赴八达山（乌拉山）屯田。曾经到过敕勒川的元代官员刘秉忠和文人魏初，用诗词描绘了当地农业繁荣的景象，如“山边弥弥水西流，夹路离离禾黍稠”、“一片长川天不尽，荞花如雪近丰州”。在手工业方面，1275年朝廷在云内州设镔铁局。此外还设有丰州甲局、丰州捏只局、丰州弓局、丰州杂造局等，掌管织造花毯、军械和生产工具制造。天山县还设“榷场”，进行商业贸易。
　　元代的敕勒川文化一方面体现着草原文化特有的开放特色，各种文化在这里融汇。在当地现已发现畏兀体蒙古文、汉文、八思巴文、波斯文、叙利亚文历史遗物。元代著名文人马祖常、赵世延就出身于汪古部。另一方面由于汪古部信仰基督教聂思脱里教，在元代蒙古族文化史上留下了极富特色的一笔。据历史记载，聂思脱里教大约在11世纪初传入部分蒙古部落，12-13世纪的克烈部、乃蛮部和汪古部均信奉该教，元朝称之为“也里可温”。元代该教广泛传播于敕勒川区域，呼和浩特市、包头市的元代考古挖掘中均发现十字架等遗物。赵王城（今达茂旗鄂伦苏木古城）作为元代汪古部的政治文化中心，也是元代聂思脱里教的传播中心，现保留有丰富的宗教遗迹。
　　值得一提的是，从历史记载可以看出，元代敕勒川地区自然灾害十分频繁，尤其在13世纪末-14世纪上半期，旱灾、涝灾、洪灾、“陨霜”等灾害每隔数年一发，并相伴“大疫”（瘟疫），给当地民众生存带来极大威胁，曾有“死者大半”的记录，也给政府赈灾造成沉重压力。
　　1368年，随着元惠宗逃离大都，标志着统一的元王朝的灭亡。1370年2月，明军先后攻取东胜州、云内、丰州等地，阴山南麓区域被明朝掌控。依元朝旧制，明王朝设东胜州、云内州、丰州，隶属大同府，次年，在东胜州设东胜卫，隶大同都卫。但随着北元势力的恢复，明朝对敕勒川地区渐渐失去控制力，1373年9月，明太祖命迁东胜州、丰州、云内州等地居民至中立府（今安徽省凤阳），三州建置废。1392年，分东胜卫为东胜左、右、中、前、后五卫，主要功能是军事防卫，隶属山西行都指挥使司（治所在今大同）。翌年，罢东胜中、前、后三卫，置镇虏卫。至明成祖永乐元年（公元1403年），东胜诸卫迁至内地，卫城遂废。一段时期内，敕勒川地区变成了明朝与北元势力军事拉锯的地区。
西蒙古瓦剌部的崛起，打破了明蒙军事上的僵持局面。1434年，蒙古瓦剌部太师脱欢袭击东蒙古阿鲁特部首领阿鲁台于乌拉山，获胜，一度占据土默川等地。1449年，瓦剌首领也先率军在土木堡（今河北省怀来县境内）大败明军，俘获明英宗，史称“土木之变”。本次战役迫使明朝对北元采取守势，蒙古诸部开始重新占据敕勒川及河套地区。
　　1473年，成吉思汗后裔巴图孟克——达延汗被推举为蒙古大汗，饱经战乱割据的蒙古再度统一。达延汗通过多年征战，消灭了割据势力，将蒙古划分为六万户，敕勒川大部隶属土默特万户，局部地区归属鄂尔多斯万户。阴山南麓沿黄河平原在辽金到北元初期在汉文文献中曾被称为“丰州滩”，达延汗实施分封后，由于土默特万户的进驻，此地域开始被称为“土默川”。从史料记载分析，土默特万户是由多个部族构成的，除核心的满官嗔（亦名蒙古勒津）部落之外，还有畏兀儿沁、毛明暗、王吉剌、兀慎、打喇特、杭锦、巴岳特、巴林等诸多部落，统称土默特十二部或十二鄂托克。1519年，达延汗之子、右翼三万户领袖巴尔斯博罗特故去，其长子成为鄂尔多斯万户首领，次子阿拉坦汗成为土默特万户首领。1542年，在长兄故去后，阿拉坦汗成为蒙古右翼的事实上的最高统治者，1544年前后获得汗号。随后通过一系列征服战争，向东将蒙古正统大汗逼走辽东，向西将势力范围扩大到青海，成为漠南地区的实际统治者，土默川—敕勒川也成为当时漠南蒙古社会的政治军事中心。
　　阿拉坦汗作为北元时期著名的政治家和军事家，他一生的活动对敕勒川地区乃至整个蒙古族历史的发展产生了极其重大的影响。如通过战争与和谈手段，促成了1571年明蒙“隆庆和议”，结束了双方二百年来的战火，为蒙汉人民创造了和平的生产生活环境；1572年修筑库库和屯城（明帝赐名“归化城”，即今呼和浩特），大力发展农业、手工业和商业，使敕勒川成为当时蒙古地区经济最繁荣的地区； 1578年，阿勒坦汗赴青海与达赖三世索南嘉措会面，全面引进藏传格鲁派佛教，并以法律形式维护其唯一性。1580年，阿勒坦汗在库库和屯城南建“伊克召”寺，明王朝命名为“弘慈寺”（今呼和浩特市大召寺）。由此，敕勒川地区成为整个蒙古地区的佛教弘法中心。
　　1582年阿勒坦汗病故，黄台吉袭封顺义王，自号“气庆哈”（即“彻辰汗”）。此后，围绕权力争夺，敕勒川地区曾爆发过诸如“板升之战”（1584年，争夺大成台吉遗产）、素襄（三娘子之孙）与卜石兔（阿拉坦汗长子黄台吉之孙）王位之争（1606年—1627年）等内部纠纷，使社会多次产生动荡，对土默特部落的稳定和强盛造成损害。
　　1585年，应三娘子及阿拉坦汗族人之约，三世达赖至土默特，为阿拉坦汗超度。1588年，三世达赖索南嘉措赴京途中圆寂于喀喇沁之台地。经三娘子和喇嘛上层认定阿勒坦汗的曾孙虎督度为四世达赖，即云丹嘉措。1602年，三娘子和顺义王扯力克派席力图召一世活佛护送四世达赖云丹嘉措入藏。
　　17世纪初叶，满族在东北崛起，首领努尔哈赤1616年建立金国（史称后金，区别于12—13世纪的金朝）。后金统治集团为了实现其政治目标，首先将蒙古作为征服对象。在科尔沁部和内喀尔喀部归顺后金之后，受到军事压制的蒙古大汗林丹汗节节败退，1627年进入土默特万户辖地，经威宁海子战役，击溃土默特和喀喇沁联军，遂占领土默川。1628年又占领了河套地区。1632年，后金皇太极率军追击至土默川，占据库库和屯。林丹汗闻风不战而退，在撤退时驱赶土默特富民、劫掠牲畜等前往青海，后金军追赶至木纳汗山（今乌拉山）击溃林丹汗从部，土默特部卜石兔之子俄木布及头目古禄格、杭高、托傅克等归附后金。1634年，废顺义王称号，编土默特部为左右两翼。1636年，后金置归化城土默特二都统旗，任命古禄格为土默特左翼都统，杭高为右翼都统。
　　敕勒川地区在改朝换代的巨变中，又迎来了一个全新的时代。