在元代的甘肅行省以西、今天的新疆東部地區，有三個不屬於行省而直接屬於朝廷的單位，即別失八里（今新疆吉木薩爾縣北破城子）、哈剌火州（今新疆吐魯番）與哈密力（今新疆哈密）。
早在成吉思汗統治的晚年（1225年），他已將今天天山、阿爾泰山、額爾齊斯河以西的地區分封給了他的四個兒子。當時由於大家都服從成吉思汗，因此蒙古帝國還是統一的。但是到了蒙哥汗和元世祖忽必烈執政時，各部已經不相統屬，互相爭奪大汗的位置，蒙古帝國於是分裂成元帝國和窩闊台、察合台、伊爾及欽察四大汗國。
今天新疆天山以北的大部分地方已經成了窩闊台汗國的領地，但是在阿母（姆）河南岸的地區沒有分封，一直由大汗統治。蒙哥汗曾在那裡設置了阿母河行省，但由於離大汗統治區太遠，因此到了蒙哥汗統治的末年，將它併入了伊利汗國。
1251年，蒙哥即汗位後，為加強對中亞的控制，設置了別失八里行尚書省，以訥懷、塔剌海、麻速忽等人充別失八里等處行尚書省事，治所就設在別失八里，統轄阿母河以東、按台山以西西遼、花剌子模故土（今阿姆河下游及阿富汗北部）。
在阿里不哥與忽必烈爭位之戰中，別失八里為阿里不哥佔據。至元元年（1264年）阿里不哥投降後，忽必烈控制此地，並立火赤哈兒的斤為亦都護。元朝滅掉南宋後，為加強對海都等西北叛王的防務，遣宣慰使綦公直率大批漢軍、新附軍進駐屯田，以備軍食，並設置冶場，用來製造農業器具。同時，元朝政府還增設驛站，以方便從別失八里至內地的交通。至元二十年（1283年），又設置別失八里宣慰司，專門負責北疆的軍政機構。二十三年（1286年），駐守別失八里的元代軍隊被察合台曾孫篤哇擊敗。篤哇軍撤退之後，元代政府再度控制了別失八里。元成宗元貞元年（1295年），在別失八里改設北庭都元帥府，與同時設立的曲先（今新疆庫車）塔林都元帥府分治天山南北。14世紀初，別失八里又為篤哇佔據，以後長期為察合台汗國所有，但其政治重要性已降低。
今天的新疆伊犁河流域，在成吉思汗時也未分封。元世祖忽必烈在至元十二年（1275年）設置了阿里麻里（一作阿力麻里、阿力馬力）行省，以阿里麻里（今新疆霍城縣水定鎮西北）為治所。但該行省存在的時間更短，兩年後就廢了，以後併入了察合台汗國。
元代還設立了澎湖巡檢司這一行政機構，對台灣和澎湖列島進行管理。
早在三國時期，孫權就為了「普天一統」，在黃龍二年（230年）派大將軍衛溫、諸葛直率一萬多名士兵遠徵到過台灣（當時稱為夷州）。這一雄心勃勃的軍事行動歷時一年，儘管最終無功而返，但這是有文字記載的大陸上的漢族人最早一次大規模去台灣的行動。
隋代時台灣被稱為「流求」。隋煬帝就曾先後三次派人到過「流求」。從唐代到北宋的五百多年時間裡，大陸和台灣一直保持著經濟、文化聯繫。
到了南宋，台灣和祖國大陸的關係日益密切，中國已在台灣附近的澎湖列島上建造軍營，派兵駐守，還把澎湖劃歸福建泉州的晉江縣管轄。
元代稱台灣為「留求」，或者「琉球」。元代初期積極經略海外，曾派兵南征安南、占城和爪哇，東征日本，對於近在咫尺的台灣，自然不會無意控制，在元代初期就曾先後兩次派人去台灣宣撫、討伐。第一次是在至元二十八年（1291年），元世祖派遣萬戶侯楊祥、吳志斗、阮鑒等一行，攜帶詔書，出使招諭留求。第二年的春夏之交，他們自澎湖出發，遇到一個「山長而低者」的地方，派人登岸察看，由於言語不曉，被殺死三人，於是只得無功而返。對於這一次的行動，當時他們內部的意見有分歧，楊祥以為到了留求，而阮鑒、吳志斗兩人則不這樣看。現在我們就事理來推斷，楊祥等人既然是從澎湖出發的，然後到達了海上一個「山長而低者」的地方，而不懂那裡人的語言，自然應是番人居住的地方，因此可能是台灣西海岸的某個地點，而不會是澎湖群島的某個島嶼，因為當時澎湖群島只有漢民，而無番人。第二次則是在元成宗大德元年（1297年），當時任福建行省平章政事的高興上奏說，如今福建行省的治所由福州遷到了泉州，距離留求很近，隨時可以偵察消息，斟酌招降或者討伐，不必調動他處兵力，因此他願意就近一試。等到高興的建議獲准後，他便派遣張浩、張進赴留求國，生擒一百三十餘人而還。第二年年初，又將所俘留求人放回，要他們效順，但是以後卻沒有了下文。
元代這兩次招撫台灣雖然沒有結果，但後來還是在澎湖設立了巡檢司，負責管理台灣和澎湖的各項具體事情，並讓福建泉州府的同安縣（今廈門）管理澎湖巡檢司。從此，台灣和澎湖正式成為中國版圖的一部分。不過，元代澎湖巡檢司設置於何時，目前學界還有不同看法，沒有定論。元末順帝年間，汪大淵兩次搭乘海船，到南洋一帶遊歷了好幾年，到至正九年（1349年）時，他根據自己的親身所見所聞，寫成了《島夷志略》一書。在這部書中，他說：「至元年間立巡檢司。」但是元代有兩個「至元」年號，一為元世祖的「至元」（1264～1294年），一為元順帝的「至元」（1335～1340年）。《島夷志略》所說的「至元」，究竟指的是哪一個便成了問題。在清代所修的台灣地方志，大都認為元代澎湖巡檢司設於元朝末年。如果我們參照這些記載來看，《島夷志略》所說的「至元」，應當是指元末順帝時而言的。另外，從《島夷志略》一書的記載中還可以知道，元代已有不少泉州人移居澎湖了。
明朝初年，朝廷仍設澎湖巡檢司。但是隨著倭寇在海上的日益猖獗，明朝政府認為澎湖孤懸海外，不便防守，於是在洪武二十年（1387年），下令撤銷了已有一百多年歷史的澎湖巡檢司，並把居民遷到漳州、泉州一帶居住，荒唐地以為這樣就可以斷絕倭寇的供應，使他們無法在澎湖立足。