虽然与忽必烈的开始并不顺利，但八思巴凭借他渊博的学识，机智的问答，不卑不亢的态度打动了忽必烈。在这其中一个人起到了关键的作用，她就是忽必烈的王妃察必。后来王妃察必向八思巴请求传授萨迦派的喜金刚灌顶，并将出嫁时父母陪送的耳环上的一粒大珍珠献给八思巴，据说这一粒珍珠值黄金一大锭、白银千锭。“灌顶”，本是印度古代的一种仪式，国王即位时取四大海之水灌于头顶而表示祝福，后来佛教密宗也采用这种仪式。汉地佛教在唐代也有密宗传承，僧人金刚智在开元年间曾在慈恩寺、荐福寺建大曼荼罗灌顶道场，度于四众，因而死后谥为“灌顶国师”。西藏佛教在吐蕃时期密宗就很兴盛，后弘期各派也极为重视密宗，所以各种灌顶的传授都很兴盛。八思巴给王妃察必传授结缘灌顶，也即是通过传授灌顶使察必有权以喜金刚为本尊神进行修习、念诵秘咒、观想等活动。喜金刚又称吉祥饮血金刚、戏乐金刚，是萨迦派最为注重的密宗本尊神之一，传授喜金刚灌顶又使八思巴成为王妃察必在佛教上的老师，成为师徒关系。而后，八思巴于19岁的阴水牛年(癸丑，公元1253年)新年时在军中为忽必烈传授了萨迦派的喜金刚灌顶，正式成为当年已38岁的忽必烈的宗教上的老师。忽必烈当时只是一个宗王的身份，但是他已封八思巴为国师，并赐羊脂玉印，还奉献黄金及珍珠镶嵌的袈裟、僧衣、金座、伞盖等作为灌顶的供养，足见忽必烈对于他与八思巴的宗教关系的重视。
1253年忽必烈从八思巴接受密宗灌顶一事，对后来元朝的宗教政策和对藏族地区的政策有十分重大的影响。忽必烈以八思巴为上师，对八思巴执弟子之礼，可以说是后来元朝以西藏佛教(喇嘛教)为国教、设立帝师制度的滥觞。而王妃察必所提出的处理皇权与教权关系的原则，后来也都一一付诸实行。
八思巴与忽必烈的会见后，关系日益密切，他们的关系的增进是由多种因素促成的，八思巴年轻聪明，勤恳好学，谦逊平和，学识渊博，是忽必烈喜爱他的重要原因，另外，八思巴善于传教，不拘泥于佛教经典中的条文，巧妙地将忽必烈一家与佛教连在一起，以佛教的形式道出忽必烈内心的愿望，也是忽必烈很快就将他奉为精神上的导师的决定因素。
公元1260年3月，忽必烈宣布即蒙古大汗位，建年号为“中统”。公元1260年12月，忽必烈在初步战胜阿里不哥之后返回中都，立即任命八思巴为国师，授以玉印，令其统领佛教。八思巴终于成为全国的佛教领袖。八思巴从1253年投奔忽必烈以后的8年间，始终未离开忽必烈，其身份是忽必烈一家宗教上的导师，类似于幕府中的幕僚，至此才有了正式的名义。
八思巴之所以被尊奉为国师，其原因是多方面的。蒙古皇室需要一种宗教信仰，需要一位宗教领袖作自己的精神支柱，萨迦派和八思巴本人与蒙古皇室长时期的密切交往是重要的基础，八思巴本人的学识、才干、品德、机遇是重要的条件。作为国师，八思巴首要的任务是为皇帝、后妃、宗王、皇子们传法授戒，传授灌顶。在他的影响下，忽必烈宫廷的生活逐渐充盈佛教的内容。另外，八思巴组织僧众为皇家举行法会，作为国师，八思巴在这一时期的另一项主要任务是向忽必烈举荐佛教方面的人才，其中有一些人是先依八思巴学佛，然后被推荐到朝廷任职的。着名的如藏族人胆巴，朵甘思丹麻人，幼年时依止萨迦班智达和八思巴，被派往西印度参礼高僧古达玛室利，尽得其传，至元年间经八思巴举荐，亲见忽必烈，受命住持五台山寿宁寺，后到大都及南方潮州为王公授戒，赐号为金刚上师，死后追封为大觉普惠广照无上胆巴帝师，成为一代名僧。又如维吾尔族人阿鲁浑萨理，跟从八思巴学佛，旁通多种民族文字及汉文经史百家之学，也受八思巴举荐，官至集贤馆学士、平章政事。另外，八思巴作为萨迦教派的领袖和款氏家族的首领，当然会引进其亲属和门下弟子。八思巴的同母弟恰那多吉大约也于此时来到大都，受忽必烈喜爱，后被封为白兰王。八思巴的异母弟仁钦坚赞大约也在至元年间到达大都，继八思巴之后担任忽必烈的帝师，另一异母弟意希迥乃到大都后被忽必烈之子忽哥赤迎去藩邸，奉为上师，忽哥赤受封为云南王时随往云南，在那里去世(一说逝于朵甘思)。这样，由于八思巴受封为国师，佛教特别是西藏佛教的萨迦派对忽必烈一家的影响日益增大。
晋封帝师促进统一
忽必烈深知，要灭南宋统一海内，除了依靠军事力量和政治力量外，还要依靠精神上的力量。在精神思想方面，除了宣布自己“诞膺景命，奄四海以宅尊，必有美名，绍百王而纪统”(建国号诏)，即继承中原历朝的正统外，他主要是依靠佛教的护佑。所以忽必烈在准备将国号从蒙古国改为大元、自己由蒙古大汗变为元朝的皇帝时，也将八思巴由国师升为帝师。1270年八思巴受封帝师，帝师的地位在八思巴的封号中说得很清楚，“皇天之下、一人之上”，就是说帝师是天下独尊的皇帝在宗教上的老师。从八思巴受封帝师开始，元朝在朝廷常设帝师一职，帝师去世，则新立一人继任，帝师因受戒等原因长期离开朝廷，则任命一人代理。有元一代，先后有14任帝师，其中除3名代理帝师的出身情况不明外，出身于八思巴一家萨迦款氏家族的7人，出身于八思巴的弟子门徒的4人。
帝师作为皇帝在宗教上的老师，同时也是皇室在精神上的支柱，又是全国佛教僧人的领袖和西藏政教合一地方政权的首领，所以其地位是极其崇高的。忽必烈1253年初见八思巴时，就曾与八思巴约定：“听法及人少之时，上师可以坐上痤”，群臣聚会时，由汗王坐上座。在皇帝的带动下，皇室成员也对帝师恭敬备至。
帝师受到元朝皇室的尊崇，同时也对皇室承担了职责。帝师首先要代表佛教把神佛的护佑加给皇帝，为皇帝传授灌顶、带领僧众为皇室做各种名目的佛事，为皇帝及其家族祝延圣寿、禳灾祛难，祈祷国泰民安，都是为了这个目的。此外，遇到军国大事，皇帝出行、生病，甚至遇到雷击、天旱、水灾等自然灾害，也往往命帝师率僧众诵经护佑。其次帝师还要负责校勘佛经、颁发戒律、管理僧众及寺产等，为朝廷举荐僧人及宣政院和藏族地区的行政机构的官员，新年元旦，帝师要像群臣进贺正旦表笺一样向皇帝献新年祝辞。在帝师发布的法旨中，必须以“皇帝圣旨里”开头，也就是帝师依皇帝授权发布法旨。这些又说明，帝师的地位无论多么崇高，受到超出群臣的礼遇，但历任帝师从实质上来说都是皇帝任命的一个特殊的官员，皇帝通过帝师来达到其政治上和宗教上的目的，对帝师和萨迦派的最后控制权还是掌握在元朝皇帝手中的。从八思巴受封帝师开始，情况即是如此。
成为帝师，八思巴到达了他一生的高峰，受到的礼遇和恩宠也是无与伦比的，但是他没有在这个位置上停滞不前，在他以后的岁月中为中国的多民族的统一作出了巨大的贡献。
以前在萨迦班智达的努力下，西藏归入蒙古汗国(也即是统一于元朝)的过程，基本上没有发生大规模的战争，西藏地方正常的生产和生活得到了保障，藏族的封建经济也由此而得到持续的发展，同时也为元朝在西藏的施政奠定了基础，这些都是符合藏族人民的根本利益的，也是萨迦班智达对我国多民族统一国家的巩固和发展作出的不可磨灭的历史贡献。萨迦班智达将自己的晚年献给祖国的统一事业，顺应了当时全国历史发展的总潮流，是一位应当肯定的历史人物。萨迦班智达去世后，八思巴继承了他的这一项事业。至元元年(1264)，八思巴以国师身份兼领总制院事，管理全国佛教及藏区事务，成为中央政权的藏族高级官员。二年返藏，为元朝在卫藏建立地方行政机构。建立起藏族史上着名的政教合一政权——萨迦地方政权。该政权代表元朝中央政府有效地行使着对西藏地方政教事务的管理。八思巴在进京和返藏的途中在藏族地区各地方建立和扩大萨迦派的影响和势力，我们不应仅仅看作是八思巴作为封建领主和教派领袖为了扩大自己的权益而采取的手段，还应该看到在元代全国走向大统一的形势下，藏族不仅参加了全国大统一的潮流，本身也结束了分裂割据的状态，走向民族的统一。八思巴顺应了这一历史潮流，他为增进藏区各地的政治、宗教和经济文化的联系而做出的努力，具有重要的历史意义。他支持元朝统一中国，反对分裂，把自己教派、家族的命运与元朝的命运紧密联系在一起，这对于一个掌握一方政教权力的地方势力首领来说，是十分难能可贵的。他主持或参与元朝在藏族地区建立军政机构、建立西藏地方的行政体制、建立驿站、清查户籍、推行法律等工作，都极大地推进了西藏地方与祖国内地的政治、经济、文化联系，对于西藏地方成为中国不可分割的一部分，对于藏汉、藏蒙民族关系的发展，都建立了不可磨灭的功绩。从藏族本身的历史发展来说，他对打破吐蕃王朝崩溃以来数百年分裂割据局面，冲破地区间的隔阂，统一行政制度，形成和巩固共同的文化心理都起了重要的作用。他是第一个多次到藏族地区各地活动，与各地僧俗首领有密切联系，门徒弟子遍布各地的藏族领袖，他身体力行并举荐大批亲友弟子到朝廷任职，因此成为元代藏族所公认的领袖人物，这在吐蕃王朝崩溃后藏族史上是没有见过的。这对藏族本身的历史发展也起了重要的促进作用。
圆寂归天流芳后世
八思巴年幼时，曾梦见自己手中拿着一根有80节的藤杖，到第46节处弯曲了。次日清晨向萨迦班智达说起此梦，萨迦班智达说：“这节数象征你的寿数，第46节上弯曲是预兆着你46岁时有难，到时需要当心。”八思巴一生四处奔波，两次往返萨迦和汉地之间，差不多有一半时间是在旅途和他乡度过，加上他又参加了许多有历史意义的重大事件，操心费力，过于常人。八思巴就是在旅途中也睡眠很少。休息不够。多年的操心勤苦，使他积劳成疾，盛年早逝。
关于八思巴的死因说法，另一种说法是，有一些人说是八思巴的侍从挑拨他与贡噶桑布的关系，并背着八思巴向忽必烈奏报，因而忽必烈派蒙古军入藏，杀了贡噶桑布。侍从怕自己的阴谋为八思巴察觉，因而将八思巴害死。这大约也是后人因八思巴寿数不长以及刚好在贡噶桑布之乱平息后不久去世而做出的猜测，并未提出确切的证据。
八思巴去世后，由达玛巴拉主持，萨迦派为他举行了盛大的追荐法事。消息传到朝廷，忽必烈“不胜震悼，追怀旧德，建大屠波于京师，宝藏真身舍利，轮奂金碧无俦。”《元史》也记载，至元十九年(1282年)十二月，“造帝师八合思八舍利塔。”八思巴遗体在萨迦火化后，由其弟子扎巴俄色(后来曾任帝师)背负到朝廷献给忽必烈的记载相符。达玛巴拉到朝廷任帝师后，在八思巴的舍利塔处建了一座大佛殿，以纪念八思巴。在萨迦寺也为八思巴修建了灵塔，当绛漾钦波仁钦坚赞任萨迦寺住持时，为八思巴的灵塔祀殿建了金顶。到元仁宗延佑六年(1319年)，又因八思巴的弟子河西僧人沙罗巴建言，认为八思巴之功可比孔子，应建庙享祭，于是下诏令各郡建帝师八思巴殿，岁时致享，“其制视孔子有加”。泰定帝泰定元年(1324年)八月，“绘帝师八思巴像十一颁各行省”，让各地塑像祭祀。
作为佛学大师，八思巴一生着述颇丰，有30多种，传世之作有《萨迦五祖集》。他生前还将内地的印刷术、戏剧艺术等传至西藏，将藏族的建筑和雕塑技术介绍到内地，促进了内地和西藏之间及汉、藏、蒙等民族之间的文化交流。作为政治家，他协助元朝实现了对西藏的统治，为今日中国版图的确立，为统一多民族国家的形成和发展，都做出了重要贡献。八思巴不仅是藏传佛教发展史上的一代宗师，而且是继松赞干布之后藏族的又一位伟大的政治家，是整个中华民族杰出的历史人物之一。因此他一直受到藏族人民和蒙古、汉各族人民的崇敬和怀念。