这时，在藏地佛教界以神奇的法力闻名的葛里麻拔噶希也应邀来到忽必烈在汉地的大营。忽必烈显然被葛里麻拔噶希的法术所倾服。出自萨斯迦派的藏文史料说，八思巴在他的忠实信奉者察必王妃提示下，用刀截四肢而不受伤来证明自己受“五部佛护佑”的功德。噶举派的文献则说，葛里麻拔噶希拒绝了忽必烈要他留侍左右的请求，不辞而别，后来又在漠北受宠于蒙哥。所以当他中统年间来到汉地时，被忽必烈拘捕并流放海边。无论如何，随着蒙哥汗去世、旭烈兀远走西域、阿里不哥兵败投降，忽必烈庇护下的萨斯迦派取得了在元代藏传佛教各派中定于一尊的地位。
中统元年（1260）十二月，八思巴被新即位的忽必烈封为国师，“授以玉印，统释教”。这时，忽必烈在全力应付与阿里不哥战争的同时，已开始为系统地建立元朝对藏地的行政统治做准备。中统三年初，他派遣专使持金字牌符入藏，向各寺院布施，实际意图是探视藏地的局势。八思巴为此专门写了一封信给藏地佛教各派的领袖，要他们慎重接待朝廷特使。在他的信里，八思巴再次强调，他以国师身份留住汉地，不是为了萨斯迦一派的利益，而是为了“整个佛法及所有众人之事”。
争位之战结束以后，忽必烈正式着手进一步治理藏地。至元初，在藏地最东北的边区（今甘青地区）设立“吐蕃宣慰司”。元军在这里“随地厄塞设屯”，用“恩威并著”的手段“镇抚”藏人各部。对今川北藏区，元廷也置司“招谕”、“镇抚”。与此同时，八思巴兄弟被派回吐蕃本部，去整治藏地政教事务。
1264年，他们从大都启程返回萨斯迦。八思巴的弟弟恰纳多儿只娶阔端的女儿为妻，于是以黄金家族“古儿干”（蒙语，译言女婿，亦可用于专指成吉思汗家族的“驸马”）的身份受封为白兰王。大概用以象征蒙古统治藏地的世俗权力。这一年又新建立“总制院”，掌管佛教和吐蕃之境，由国师统领。所以，八思巴此行是以统领总制院的国师和萨斯迦法王的地位，代表朝廷号令藏地佛教各派。临行前，忽必烈颁赐了一份诏书给八思巴，让他传谕各地。诏书“绣以白绒，网以真珠”，所以称为“珍珠诏书”。诏文宣称，忽必烈“已从明白无误之上师八思巴处接受灌顶，封彼为国师，任命彼为所有僧众之统领。……僧人们不可违了上师之法旨”。由此可见，两兄弟中，真正具有元廷在藏地代言人地位的乃是八思巴，而不是白兰王。
回到萨斯迦以后，八思巴按照护卫蒙古大汗和诸王的怯薛组织的形式，改造了萨斯迦法王的侍从机构。在这个称为“剌让（bla-brang）”的机构里，除了“内大相”的官号大概源于古代吐蕃王朝的“内大相”一词外，其余职官名称的构成，差不多全是模仿怯薛的各种执事官名称，其中包括：索本，负责法王饮食的官员；森本，管理卧室、卧具和服装的官员；却本，负责供奉仪式的官员；皆本，接待来人的官员；仲本，管理文书、档案的官员；佐本，管理财务的官员；真本，负责引见的官员；迦本，管理驮畜、运输的官员；达本，管理坐骑的官员；作本，管理牦牛、奶牛的官员；其本，管理狗的官员，等等。八思巴还利用自己掌握的经济和政治资源，在西藏各重要的地方修建萨斯迦派的寺院。萨斯迦派的势力在前、后藏乃至甘青、川北地区都获得很大的扩展。
1267年，恰纳朵儿只在萨斯迦病死。八思巴在处理完丧事后离开藏地重返大都。这一年，在忽必烈和阿里不哥之争中曾经站在阿里不哥一方，因而与元政府和萨斯迦派结下怨恨的必里公派起而反抗。元军再次深入吐蕃本部镇压叛众。史料没有提到八思巴在藏地的活动与此次必里公之乱是否发生过直接关系。
恰纳朵儿只之死和必里公之乱的平息，对13世纪吐蕃本部的政治史发生了很重要的影响。白兰王本来是元王朝建立在藏地的地方政权的象征（八思巴相当于中央政府的佛教领袖和主管吐蕃之境的负责官员）。白兰王死后，元廷遂设立“乌思藏三路军民万户府”作为统治吐蕃本部的地方权力机构，后来改名为“乌思藏宣慰司”。它的长官经八思巴推荐，由朝廷任命，授予水晶官印。首任长官是正在萨斯迦法王府中代理主持政教事务的释迦藏卜。在这前后，元廷又乘平定必里公之乱的余威，在吐蕃本部调查户口。这次括户分两组进行。一组从藏地西部开始调查，逐渐往东进入后藏之地，由阿衮和弥陵负责实施；另一组则从后藏向前藏推进，由司徒阿昔吉实施。新上任的乌思藏宣慰司长官释迦藏卜也积极参与了这一次括户。吐蕃本部著名的“十三万户”，大概就是在这次括户的基础上确定的。
至元五六年（1268～1269）之交，八思巴回到大都。蒙古王公和朝臣、市民到大都郊外远迎。八思巴在“香华幢盖、天乐仙音”的簇拥下，经过结扎着彩带的街道，进入宫中。一路上“万众瞻礼，若一佛出世”。
回京师后不久，八思巴就把他根据藏文字母创制的一种方形直书的字母体系呈献元廷。用这套字母，既可拼写蒙语、藏语，也可以拼写汉语。它于1270年被元朝指定为书写蒙古语的法定字母体系，叫做“蒙古新字”，现在学术界通称它为“八思巴字母”。元朝有很多官方汉语文书，也使用八思巴字母来拼写。在一个多语种环境中，用一种通用的字母体系来拼写各种文字，这个设想似颇有可取之处。但八思巴字母除拼写藏文较贴切易通外，用以拼写多音节的蒙语词汇，就必须把本来应当连书的字母一个音节、一个音节地切开，给认读带来很大的困难。汉文本不是拼音文字，改用八思巴字母来拼写汉语，认读方面的障碍也很大。例如元武宗时发行的铜币“大元通宝”，钱面上铸有八思巴字母拼写的汉文，作tayytienthungbaw。用ytien来拼写“元”，用thung来拼写“通”，这样的“谐声”一般人也很难掌握。所以虽经政府强行推广，这种字母还是无法真正被社会接受。元朝灭亡后，八思巴字母在任何一种书面语中都未被继续行用。
至元七年（1270），元廷颁行八思巴字母后，即把八思巴的身份从国师升号为帝师，颁赐比诸王所用金印品位更高的玉印，大朝会时得坐在皇帝之侧傲视群臣。他的封号很长，叫“皇天之下，一人之上（这句话的意思是，整个天下只有一人在他之上），开教宣文，辅治大圣，至德普觉，真知佑国，如意大宝法王，西天佛子，大元帝师”。藏文史料说，在被加封为帝师时，八思巴第二次为忽必烈传授金刚乘灌顶，并因此领受“吐蕃三区”作为供养。藏文“吐蕃三区”，直译当做“Bod地的三个chol-kha”。这里的chol-kha是蒙文chlge的音译。蒙古人既接受金、宋政权把“路”作为较大的施政区划的观念，用chlge意译“路”；又用这同一个蒙语辞汇来翻译大于路的辖区“道”。这里用chlge来称呼的藏地的三大部分，即位于它东北的甘青地区、东部的昌都和川北地区，以及吐蕃本部，意思是藏域三“道”。用吐蕃三区供养八思巴的意思应当是说，现在八思巴不再仅仅以一个统领总制院的“僧官”和萨斯迦一个教派的法王身份去号令藏地佛教各派，而是利用元政权的力量取得了全藏佛教领袖的地位。八思巴到达了他一生中权力的顶峰。
这时，经他提携而进入总制院任职的一个甘青藏人桑哥，替他在宫内造了一座豪华的佛堂。为此，桑哥受御史台弹劾而下狱。八思巴很不高兴。适逢忽必烈邀请他参加一次与佛教有关的庆典，八思巴回答说：“在藏地，儿子入狱，父亲即使行走在小巷里也觉得羞愧。我的桑哥为向我学法造了一座小屋，竟被台臣据以治罪，把他关进监狱。所以我不能出席。”忽必烈于是命令释放桑哥。1270年末，曾任乌思藏宣慰司长官的功嘉藏卜与回到萨斯迦的八思巴发生冲突。元朝派军入藏弹压，统帅这支军队的正是重入总制院并且做了院使的桑哥。桑哥攻杀功嘉藏卜，在吐蕃本部留下一些蒙古驻军，并且改革了藏北高原上的驿站体系。他在汉文史籍中是一个臭名昭著的以敛财固宠的“奸臣”。但在藏文史书中，却是一个“有作为的善良大臣”。可见完全根据单方面的记载去评判一个历史人物是很不保险的。据说，忽必烈在下决心处死桑哥时，还向他询问有谁可以继任他的职位。
1271年夏天，八思巴离开大都前往临洮（在今甘肃）。1274年，他又从临洮继续往西，回到萨斯迦。大元帝师之职，由他的异母弟亦邻真继任。1280年末，即“功嘉藏卜之乱”为桑哥镇压后不久，八思巴在萨斯迦死去，当时他46岁。
元代的吐蕃三区
元朝统治藏地的中央机构，最初是由国师统领的总制院。至元七年（1270）后，总制院由帝师统领。至元二十五年（1288），由总制院使桑哥提议，改总制院为宣政院。新的院名取法于唐制。因为唐朝皇帝经常在宣政殿接见吐蕃王国的国使。宣政院品级为从一品。也就是说，该机构中最高级的职官（宣政院使）的品衔为从一品。其职权统摄军民；其人选僧俗并用。院使之上，还有一个没有品级的帝师。宣政院任命属官，具有与御史台、枢密院等同样的特权，不须经由中书省申报，可以直接向皇帝“闻奏”。当然，帝师的推荐对官员人选有十分重要的影响。
古代山水画元朝一代的帝师，现在可以考见的有十三四个人，其中七人出于萨斯迦的款氏，四人是八思巴的门徒，多在款氏没有合适的男性后裔时才被选出来就任此职。说款氏基本上把持了元代帝师一职，此话并不过分。帝师的法旨与元朝皇帝的诏旨“并行于西土”。著名元史专家陈得芝依元代特别的公牍文体翻译帝师法旨的一般格式为：“皇帝圣旨里，帝师某人（此为帝师名）法旨。藏、乌思宣慰司官员每根底，军官每、军人每、镇守的每、法官每、征敛赋税的每根底，来往（使臣）每、万户每根底……僧、俗人等每根底教谕的我的法旨：……（以下为法旨具体内容）。”法旨开头第一句“皇帝圣旨里”的“……里”一语，是公牍文体中的专用词，用来翻译蒙文的后缀-ghar或-ger，意即“根据……”帝师的法旨，是根据“皇帝圣旨”所赋予的权力来具体地发号施令的，法旨虽说与诏敕“并行”，却没有改变藏地是统属于中央政府的一个辖区的性质。
与元朝的其他辖地一样，吐蕃也有蒙古宗王出镇。封在这里的宗王是忽必烈的第七个儿子奥鲁赤，王号为“西平王”。奥鲁赤死后，西平王之位由次子八的麻的加继承，但镇守吐蕃的使命改由他的长子镇西武靖王铁木儿不花担任。铁木儿不花的长子老的封云南王，次子搠思班袭镇西武靖王位，仍分镇藏地。明初归降的镇守吐蕃宗王卜纳剌所袭仍是镇西武靖王之位。他应当是铁木儿不花的后人。镇西武靖王的大营，可能位于藏地东北的甘青一带。
驻吐蕃的最高地方政权机构，是分别设立在“吐蕃区”的三个宣慰使司都元帅府。
元代中国最高的地方行政机构是行中书省，简称行省。行省以下的行政区划，是路、府州、县。在距离行省中心较远的地区，又分道设立宣慰司，协调旁近路府的军、民之务；治民之事听命于行省，治兵之事听命于枢密院。边疆民族地区的宣慰司机构，因为军事的功能较强，往往称宣慰使司都元帅府。长官仍为宣慰使，无都元帅的职衔，但经常用军人任职。