十一年(1307年)，成宗铁穆耳病逝，储位虚悬。海山回大都奔丧，被拥立为帝，并追崇其父为元顺宗。即位后更换了成宗时的大臣，封其弟爱育黎拔力八达为皇太弟。元武宗在位四年(1307年-1311年),时间，期间元朝内部的矛盾得到舒缓，设置常平仓以平抑物价，下令印制至大银钞，然而反而使银钞严重贬值，导致财政危机加剧。死后庙号武宗，谥号仁惠宣孝皇帝。
为政举措
政治
设尚书省
武宗在政治上最重大的举措就是设立尚书省。元世祖时曾短暂设立尚书省，后革罢。武宗即位后，为了更有效地实施改革措施，决定在中书省之外另立尚书省，作为实际上的中枢机构。大德十一年(1307年)九月，即位不到四个月的武宗就下诏设立尚书省，此举遭到御史台、中书省官员的强烈反对，武宗不得不解散尚书省。但武宗自然不肯善罢甘休，特别是皇太子爱育黎拔力八达兼领中书省后，更需要另设机构对其加以牵制。两年后，武宗的权力已经巩固，在至大二年(1309年)八月第二次设尚书省，以乞台普济为右丞相、脱虎脱为左丞相、三宝奴、乐实为平章政事，保八为右丞，忙哥帖木儿为左丞，王罴为参知政事。此次设省无人反对，翌年六月更是令其;总治百司庶务，并从尚书省奏行” ，结果;中书之署仅同闲局，居其职者俯焉食禄而已”。随即尚书省也开始启动一系列改革措施。但好景不长，仅过一年半武宗就驾崩了。皇太子爱育黎拔力八达在武宗尸骨未寒之时，就立即下令废除尚书省，处死尚书省官员三宝奴、脱虎脱、乐实、保八、王罴，流放忙哥帖木儿等人，并废止其改革措施。此后元朝再未设尚书省，这也是尚书省在中国历史上最后一次出现。
封官赏赐
武宗标榜;溥从宽大”，其封官与赏赐达到前所未有的程度。朝会赐赉和对诸王的岁赐是蒙古传统，武宗统兵漠北，更是深谙赏赐的激励作用，因此他在位时赏赐的数量和名目大幅增加。他即位之初，就对诸王勋戚大行赏赐，不但坚持按成宗时赏额锐增的先例发放，而且对先前会于和林时;已蒙赐与者”也重复颁发，结果给者未及半而两京府储已虚。其后，请赏者仍络绎不绝;财赋不支，只好用滥封爵位的办法作为补偿。世祖时规定非黄金家族嫡系子孙不得封一字王，武宗则破例晋封一字王多达十五六人。除魏王阿木哥和宁王阔阔出是世祖直系后人外，其他十数人如越王秃剌、豳王出伯、定王药木忽儿、寿王乃蛮台等全是疏族，甚至驸马也封了一字王。中书省、枢密院和御史台负责大臣的员额，这时候也比前朝大增。枢密院从世祖朝六员、成宗朝十三员激增至三十二员。还有更多的;遥授”职衔。时人记载说，;今天子即位，加恩近臣，佩相印者以百数”。宿卫马谋沙以;角抵屡胜”，即遥授平章政事，;微至优伶、屠沽、僧道，有授左丞、平章、参政者。其他因修造而进秩，以技艺而得官，曰国公、曰司徒、曰丞相者，相望于朝。自有国以来，名器之轻，无甚今日”。一方面，武宗通过大肆封官与赏赐拉拢人心，巩固了自己的统治基础;另一方面，选法的混乱必然会促成吏治的紊乱。地方官吏往往擅自离职，营干私事。朝廷制诏变更不常，;甚则朝出而夕改，于事甫行而止者随至”。朝中正在讨论的未决事宜，也经常泄露到民间。甚至;诏稿未脱，而奸民已复群然诵之”。
整顿吏治
武宗时也尝试对吏治加以整饬，其具体措施是颁布《省部纲纪》，提高行政效率;实行封赠制，强化官员的荣誉感;提高官员俸禄，革除外任官职田;设考功司，筹备考课制度。不过这些措施并未见效，甚至还停留在筹划阶段时，就因武宗的驾崩而通通革除了。
筹备郊祀
武宗还在礼乐祭祀上大做文章，;有意稽古礼文之事”。他三次前往太庙祭拜，开了元朝皇帝亲享太庙的先河，不过他并未向元英宗以后的皇帝那样穿汉族传统的衮冕法服进行祭祀。他在位时还改革太庙室次制度，过去历代王朝的太庙中太祖室在最西，后代皇帝依次向东排列，元武宗则改为太祖室居中，后代皇帝依昭穆左右排列，此举影响了明清两代的太庙制度。江西布衣曾巽初上《郊祀卤簿图》、《郊祀礼乐图》，武宗对此相当重视，亲自召其入对，并令尚书省和太常寺讨论郊祀事宜，最后决定在南郊天坛之外另筑北郊地坛，并以太祖成吉思汗配天，世祖忽必烈配地，武宗将亲自祭祀。 但到至大三年(1310年)冬至祭天时，武宗因身体不适而遣人摄祀，一个月后就溘然长逝了。仁宗即位后，推翻武宗一切措施，地坛的修筑遂被取消，皇帝亲郊也被搁置，直到二十年后武宗的儿子文宗图帖睦尔才首次亲自祭天。
设省和林
武宗平定了海都之乱，窝阔台汗国灭亡，超过百万的难民涌入元朝辖下的漠北地区，所以经营漠北、解决难民问题成为武宗朝的重要政治问题。武宗登基后，就将和林等处宣慰使司升格为和林等处行中书省，同时拨发农具、种子、渔网、钱钞、粮食等，大力赈济和林人民，继续派汉军前往和林屯田。仁宗时改为岭北行省，元朝行省制度正式完备。
营建中都
武宗即位第十天，就下令在旺兀察都(今河北张北)兴建元中都。关于兴建中都的原因，被归纳为个人权威说、交通要道说、战略地位说、纪念先辈说、自然风貌说、政治因素说和综合因素说这七种说法。行宫建成后，武宗又设立中都留守司兼开宁路都总管府，继续推进工程建设。不过由于武宗驾崩，中都的建设被叫停。后来武宗的两个儿子元明宗和元文宗就在中都行宫相会，明宗旋即暴死，而中都的营建也未被武宗的后裔们提上议事日程，遂永久搁置。
经济
武宗朝面临成宗时至元钞贬值、通货膨胀的经济问题，再加上武宗滥赏滥封，中书省一再以;国用不给”告急，财政危机十分严重。为此，武宗没有采取减少开支和裁撤冗员的策略，而是在至大二年(1309年)八月再设尚书省，一个重要目的就是理财。至大二年(1309年)九月，诏行;至大银钞”，以新币一两准至元钞五贯、白银一两、赤金一钱。按官方原定的兑换价格，以至元钞二贯准花银入库价一两、赤金入库价一钱;因此新币的发行，实际上是通过由政府明令宣布至元钞贬值一倍半的方法，把通货膨胀的患害转嫁到私人用户身上。新钞行用后，面额一贯的中统钞只抵至大银钞一两的二十五分之一，名实严重不符，因此颁行至大银钞同时，废中统钞，限一百日内赴库倒换。至大银钞的面额，有以文、十文、百文、两计者，共十三等。以文为单位的通货作为小额辅币在民间日用品的零售方面使用甚为广泛，但厘钞因为流通过于频繁，最易朽烂，既不便于民，印刷和发行也不经济。所以，武宗又下诏行铜钱，发行;大元通宝”和;至大通宝”，并以历代铜钱与至大钱相参行用。在币制改革的敏感时期，以行用信誉稳定的金属辅币来平抑小额零售商业领域内物价的过份波动，是一项具有积极意义的经济措施。
为了调控物价，武宗还整顿海运，以增加政府掌握的物资数量。自从至元二十年(1283年)由朱清、张瑄创通漕粮北运的海路以后，七八年之内，从江南海运到北方的漕粮就由不到10万石剧增至150万石。大德后期，海运粮更达到170—180万石。至大二年(1309年)尚书省理财的重要措施之一，就是让海运粮数量再创新高。二年运出246万石，至者238万石;三年运出292万石，至者271万石。海漕的运输成本比陆运节省十之七八，比之河漕也节省十之五六。对京畿地区粮食供应的明显增加，使政府能够通过控制粮价保持市面的基本稳定，从而缓解币制改革对社会发生的冲击。
尚书省其他的理财政策，包括增加盐引价格(每引增至大银钞四两，按至元钞计，每引比元贞年间增加七贯);开酒禁，立酒课提举司以征收酒税;增加江南富户高收入税，规定凡收入五万石粮食以上者，每石输二升于官;追征各地逋欠钱粮，等等。这些措施同样也不免人亡政息的命运，所以并未收到成效。
