公元1206年，蒙古族部落首领铁木真统一了蒙古草原，正式建立蒙古政权，尊号成吉思汗( 元史 称为元太祖)。1226年，成吉思汗亲率大军自北路进攻西夏，进入河西走廊。西凉府守将不 敌蒙古大军的强大攻势而投降，河西诸州县相继陷落，凉州及河西走廊归蒙古军队占领。
　　 1271年，蒙古大汗忽必烈改国号为元，建都大都(今北京)，地方政权机构随之建立。元占领凉州初期，仍沿袭宋、夏旧制，以凉州为西凉府。公元1272年，元朝命已在凉州的只必帖木 儿镇守西凉府。只必帖木儿在西凉府城北15公里处又修筑了一座新城，元世祖忽必烈赐名“ 永昌府”，人称只必帖木儿为“永昌王”。1278年，在永昌府新城设置了地方行政机构永昌 路，降西凉府为西凉州，属永昌路管辖。元代的地方行政设置是行省、路、府、州、县五级 。当时永昌路所辖范围包括凉州、永昌、永登、古浪(含天祝)、民勤等州县。自此以后，永 昌府成为元代在凉州一带的政治、军事中心 ，将以往凉州的统治中心向北移了15公里。今天看来，主要是为适应蒙古民族发展畜牧业， 享受草原生活的需要着想。永昌府位于城北绿洲，包括今永昌、双城、洪祥、四坝等乡镇， 当 时这里人烟不多，看似一片水草丰美、地域辽阔的天然牧场。而凉州城经历了元初的争夺战 ，已显得残破不堪。蒙古族作为游牧民族，和草原、牧场有着特殊的感情，并不十分计较城市的得失，而是从注 重 畜牧发展，符合民族习惯，能否架设穹庐(帐蓬)等出发选择政治中心。此前，举国归顺蒙古 的亦都护高昌王、西宁王及其大批部众已定居此地，具备了建设中心城市的人文基础。从这 几个方面考虑，便选择了这 块土地新筑城市作为中心，既有城市生活，又有草原情调。只必帖木儿镇守西凉府、永 昌路长达60多年。死后，他的子孙一直世袭为永昌王(实为“西凉王”)，直至后来永昌 王位无人承嗣为止。 但永昌府作为凉州的中心一直延续到1368年元朝灭亡，约100年。永昌府城今为凉州区 永昌镇政府驻地，原城早已不存，遗迹也于1958年被拆除，仅存《西宁王忻都公神道碑》及其遗址。
　　 在元朝统治凉州期间，统治者还做了一件名垂青史的大事，即使西藏归顺中原王朝统一于中华民族大家庭的“凉州会盟”。公元1239年，元太宗窝阔台的次子阔端太子只必贴木儿之父)率兵驻守凉州， 为西凉王。他派兵攻入西藏，一直打到拉萨以北。这时的西藏正处在吐蕃王朝崩溃后的分裂 混乱之中，无力抵抗强大的蒙古军队，藏民们要求佛教领袖萨迦·班智达(简称萨班)代表他 们与蒙古人谈判。阔端了解到这些情况，于1244年遣使降诏给西藏宗教领袖萨班，邀请他到 凉州 共商西藏归顺大计。萨班不顾六十多岁高龄，不辞千万里跋涉之苦，率领侄儿八思巴等于12 46年到凉州。适逢阔端回京选立大汗，萨班就在凉州广设经场，宏扬佛法。1247年，阔端回 到凉州，与萨班进行了具有历史意义的凉州商谈，即历史上有名的“凉州会盟”，商定了西藏归顺蒙古的条款。萨班致书西藏僧俗首领，发布了《萨迦·班智达致蕃人书》，号召西藏 军 民僧俗顺应时势，深明大义，抛弃疑虑，接受条款。信中还对一些具体问题作了说明。通过 这次会盟，西藏正式归于蒙古族领导的中央政府，纳入中国版图，成为祖国多民族大家 庭不可分割的一部分，结束了400年的分裂混乱局面，在中国民族关系史上写下了辉煌的篇 章。其后，萨班在凉州讲经说法，宣传佛教。他根据佛教宇宙生成理论，修建扩建了凉州四 部寺，即白塔寺(东)、金塔寺(南)、莲花寺(西)、海藏寺(北)。萨班于1251圆寂于 白塔寺。阔端主持在白塔寺修建大塔，将他的灵骨安置于内。阔端生前在皇城(今肃南县境 内)建有避暑行宫，于1251年卒于西凉府，葬于皇城一带。
　　 元朝时期，凉州地方经济一直处于不景气状态。虽然在凉州也兴修了一些水利农田工程，安 置流民，减免税赋，但由于连年征战，劳动力和资源短缺，加上天灾人祸，经济发展缓慢。 特别是手工业，因大批工匠被掳掠到京城和贵族府中(蒙古族非常重视工匠艺人，所到之处 基本如此)，遭到的破坏比较严重。